Pencetakan 3D dan Formula Satu:5 Tren Olahraga Motor
Dalam lingkungan yang dinamis seperti Formula Satu, kecepatan adalah kuncinya – baik di dalam maupun di luar lintasan. Karena perbedaan antara menang atau kalah hanya dalam hitungan detik, menyempurnakan rekayasa mobil balap adalah keharusan utama bagi tim Formula Satu mana pun.
Namun menanggapi dengan cepat dunia peraturan yang terus berubah sambil mempertahankan keunggulan kompetitif membutuhkan budaya inovasi. Oleh karena itu, tim desain dan teknik Formula Satu harus mampu mengembangkan desain baru untuk meningkatkan performa mobil.
Jadi di mana pencetakan 3D cocok?
Ideal untuk menghasilkan iterasi cepat dan solusi teknik yang kompleks, pencetakan 3D adalah aset penting bagi desainer dan insinyur yang ingin mempercepat siklus pengembangan produk.
Dari pembuatan prototipe hingga pembuatan komponen ringan, kita akan melihat bagaimana tim Formula Satu menggunakan pencetakan 3D untuk meningkatkan kinerja dan inovasi.
1. Pembuatan prototipe lebih cepat
Dua tujuan utama saat mengembangkan desain baru untuk komponen mobil balap adalah:1) mengurangi waktu produksi dan 2) mengurangi biaya .
Mengembangkan prototipe fit dan fungsi Oleh karena itu penting untuk memvalidasi bagian sebelum versi final diproduksi. Di sini, pencetakan 3D hadir dengan sendirinya, dengan menyediakan sarana hemat biaya untuk memproduksi prototipe dengan properti yang sama atau mirip dengan bagian akhir.
Peraturan dan spesifikasi teknis untuk tim Formula Satu ditetapkan oleh badan pengatur olahraga motor FIA (Fédération Internationale de l'Automobile). Dalam kerangka ini, para insinyur biasanya merancang mobil baru setiap tahun. Pada kecepatan perubahan ini, penting untuk mendapatkan prototipe ke produksi secepat mungkin segera setelah disusun.
Pencetakan 3D memungkinkan pembuatan suku cadang lebih cepat dari manufaktur konvensional akan memungkinkan. Dengan teknologi tersebut, para insinyur dapat menghilangkan langkah-langkah yang memakan waktu dalam merancang dan memproduksi pola dan cetakan sebelum membuat suku cadang. Ini karena pencetakan 3D dimulai dengan file CAD digital, yang dapat dikirim ke produksi hanya dalam waktu singkat.
Sebagai contoh, tim F1 di basis Williams F1 dikatakan dapat mengirimkan lebih dari 2.000 suku cadang cetak 3D per bulan — jumlah yang tidak mungkin jika suku cadang diproduksi dengan cara manufaktur konvensional.
2. Fleksibilitas desain yang lebih baik
Pencetakan 3D menawarkan kemampuan untuk memodifikasi desain komponen dengan cepat dan hemat biaya . Mampu membuat perubahan cepat pada desain dan mencetak 3D dalam waktu singkat berarti para insinyur dapat menemukan kesalahan dan memodifikasi desain dalam waktu yang lebih singkat.
Ini sangat penting untuk desain, yang menghadapi tantangan "pengemasan". Untuk keuntungan aerodinamis maksimum, mobil balap dirancang untuk menjadi ramping, tidak meninggalkan banyak ruang di dalam mobil itu sendiri. Namun, fitur ini juga mempersulit pengemasan komponen mobil dengan cara yang memungkinkan akses mudah ke bagian interior mobil selama pit stop.
Dengan pencetakan 3D, para insinyur memiliki fleksibilitas yang lebih besar dalam mencoba desain baru dengan cepat dan mengembangkan komponen dan konfigurasi yang paling pas.
3. Pengujian terowongan angin yang ditingkatkan
Pencetakan 3D telah menjadi alat yang sangat diperlukan untuk memproduksi komponen yang tahan lama dan akurat untuk pengujian terowongan angin , sarana penting untuk menilai sifat aerodinamis mobil balap. Aerodinamika adalah elemen penting dari olahraga motor – dengan menilai kekuatan potensial pada kendaraan dan bagaimana hal ini akan berdampak pada kecepatannya dapat membuat perbedaan antara menang atau kalah.
Untuk tim F1, pengujian mobil kehidupan nyata biasanya dibatasi hanya beberapa kali per tahun. Oleh karena itu, model terowongan angin memberikan cara yang jauh lebih cepat dan lebih murah untuk menguji suku cadang mobil.
Tes terowongan angin melibatkan penempatan model, pada 60 persen ukuran mobil sungguhan, di atas treadmill untuk meniru kondisi yang sama (kecepatan tinggi, kekuatan angin, dll.) yang akan dicapai mobil selama balapan dan melakukan penyesuaian apa pun. jika diperlukan.
Saat ini, pencetakan 3D paling banyak digunakan untuk membuat suku cadang untuk diuji pada mobil balap replika ini . Dibandingkan dengan pemesinan dan pembuatan model, pencetakan 3D menawarkan cara yang lebih cepat, lebih murah, dan lebih efisien untuk menghasilkan model untuk pengujian terowongan angin. Keuntungan lain adalah, sekali lagi kecepatan:jika perubahan desain diperlukan, manufaktur aditif memudahkan untuk memproduksi komponen yang dapat diuji di terowongan angin lebih cepat.
Tim F1 Alfa Romeo Sauber , misalnya, menggunakan pencetakan 3D SLS dan SLA secara ekstensif untuk memproduksi suku cadang termasuk sayap depan, saluran rem dan penutup suspensi, serta penutup mesin, saluran internal, dan deflektor tangan untuk model mobil terowongan angin. Tim tersebut dilaporkan dapat menggunakan teknologi untuk mencetak 3D 200 hingga 300 komponen plastik per hari kerja, dengan menyatakan bahwa “tidak mungkin melakukannya dengan cara lain selain memproduksi komponen manufaktur aditif”.
4. Produksi perkakas cepat
Pencetakan 3D juga merupakan teknologi yang sangat berharga dalam halperalatan perkakas produksi , dari jig dan perlengkapan hingga alat kurban dan komposit. Dengan teknologi tersebut, produsen dapat memproduksi perkakas yang rumit dan dapat disesuaikan tanpa biaya tinggi dan waktu tunggu yang lama terkait dengan produksi perkakas tradisional.
Misalnya, teknologi FDM dapat digunakan untuk memproduksi alat lay-up lebih cepat dan lebih hemat biaya, menggunakan bahan berkinerja tinggi seperti ULTEM. Tim Formula Satu McLaren telah mengakui manfaat AM, setelah menggunakan FDM untuk mencetak 3D, alat lay-up untuk ekstensi sayap belakang yang besar. Suku cadang yang dirancang untuk meningkatkan downforce belakang, diproduksi dengan bahan ULTEM 1010 dalam tiga hari, secara signifikan mengurangi waktu tunggu.
Pencetakan 3D juga menawarkan manfaat tambahan dalam memproduksi alat sesuai permintaan, mempercepat produksi dan perakitan. Beberapa tim sudah menggunakan pencetakan 3D di trek untuk menghasilkan alat untuk membantu modifikasi menit terakhir selama balapan. Ini memiliki manfaat tambahan untuk menghilangkan kebutuhan akan layanan kurir yang mahal.
5. Peningkatan kinerja bagian
Saat tim ingin meningkatkan kecepatan, keandalan, dan efisiensi komponen mobil balap, pencetakan 3D dapat membantu meningkatkan performa suku cadang .
Karena mobil balap harus relatif ringan, logam yang paling umum digunakan adalah aluminium dengan bagian yang terbuat dari serat karbon.
Pencetakan 3D sangat cocok untuk produksi komponen termoplastik dan logam yang ringan dan kompleks yang dapat menciptakan keunggulan kinerja yang signifikan. Secara teori, penghematan berat yang ditawarkan oleh bagian cetakan 3D dapat membuat perbedaan antara menang dan kalah.
Tim Formula 1 Alfa Romeo Sauber , misalnya, memproduksi komponen logam cetak 3D untuk digunakan pada mobil akhir, termasuk penutup tegak, peralatan garasi, komponen knalpot, dan beberapa set inlet dan outlet intercooler dan radiator yang unik per mobil.
Tantangan pencetakan 3D dalam olahraga motor
Terlepas dari penggunaan pencetakan 3D saat ini dalam Formula Satu dan olahraga motor secara keseluruhan, beberapa tantangan masih tetap ada dalam hal memaksimalkan potensi teknologi sepenuhnya.
#1 Memastikan konsistensi
Bagian cetakan 3D yang sudah jadi seringkali dapat bervariasi dalam hal material akhir dan properti dimensi. Karena tim olahraga motor sering kali mengalihdayakan sebagian atau sebagian besar proses pembuatan aditif, ini berarti Anda mungkin tidak mendapatkan bagian yang sama persis setiap saat.
Namun, keunggulan yang ditawarkan oleh pencetakan 3D mendorong banyak perusahaan olahraga motor untuk menghadirkan lebih banyak pencetakan 3D secara internal untuk memiliki kontrol lebih besar atas proses manufaktur.
#2 Pendidikan
Namun, pencetakan 3D in-house dapat menjadi sumber tantangan lain, salah satunya adalah kurangnya keahlian teknis. Sementara pencetakan 3D telah ada selama beberapa dekade, adopsi dalam manufaktur sebagai alat prototipe dan produksi telah bertahap. Hal ini juga berdampak pada pendidikan – yang berarti bahwa banyak desainer tidak memiliki pengalaman atau paparan yang luas terhadap manufaktur aditif.
Oleh karena itu, olahraga motor yang ingin memanfaatkan manfaat pencetakan 3D juga harus siap untuk berinvestasi dalam program pelatihan sebagai sarana untuk membangun basis pengetahuan dan keterampilan yang diperlukan.
#3 Mengelola produksi 24 jam
Seiring dengan meningkatnya kemampuan pencetakan 3D internal perusahaan olahraga motor, volume suku cadang yang diproduksi juga meningkat. Beberapa perusahaan di bidang ini menggunakan lebih dari 10 mesin dan memproduksi ribuan suku cadang dan prototipe per minggu. Dengan volume tinggi seperti itu, perusahaan pasti akan menghadapi tantangan dalam mengelola produksi komponen cetak 3D jika tidak ada sistem manajemen alur kerja.
Beberapa inefisiensi ini termasuk mengelola volume besar permintaan masuk, yang diterima setiap hari, secara manual. Sebagian besar alur kerja ini juga tidak memiliki visibilitas dan keterlacakan, terutama karena perusahaan bekerja di seluruh fasilitas dan lokasi. Ini berarti bahwa tim tidak dapat melacak proyek secara efisien selama proses produksi.
Salah satu cara untuk mengatasi tantangan ini adalah dengan mengotomatiskan sebanyak mungkin tahapan alur kerja. Perangkat lunak otomatisasi alur kerja khusus hadir sebagai alat yang berguna dalam mengatasi banyak hambatan yang mungkin dihadapi perusahaan olahraga motor saat mengelola produksi pencetakan 3D. Beberapa manfaatnya termasuk mengotomatiskan proses manajemen permintaan, penjadwalan pekerjaan, dan melacak suku cadang dari permintaan hingga produksi dan seterusnya.
Kasus penggunaan saat ini
Karena pencetakan 3D masih paling umum digunakan untuk pembuatan prototipe dalam sektor olahraga motor, ada kesalahpahaman umum bahwa teknologi tersebut tetap tidak cocok untuk memproduksi suku cadang akhir dengan kekuatan dan daya tahan yang cukup untuk digunakan dalam aplikasi performa tinggi seperti mobil balap.
Namun, pencetakan 3D sudah digunakan dalam tingkat tertinggi teknik olahraga motor sebagai alternatif yang layak untuk suku cadang mobil mesin, yang bisa lebih berat, lebih hemat biaya, dan lebih memakan waktu untuk diproduksi.
Lingkaran gulung cetak 3D
Misalnya, roll hoop – struktur keselamatan penting yang melindungi pengemudi jika terguling – dicetak 3D dalam logam oleh tim F1 Alfa Romeo Sauber.
Khususnya, bagian ini terbuat dari Scalmalloy, logam ringan yang dikembangkan khusus untuk pembuatan aditif. Dengan menggunakan bahan ini bersama dengan DMLS (Direct Metal Laser Sintering), Sauber F1 dapat menghasilkan roll hoop yang jauh lebih ringan dengan fitur internal yang kompleks untuk integritas struktural. Hal ini juga telah mampu mengurangi lead time produksi sebesar 20-25%. Roll hoop konvensional, yang dikerjakan dari aluminium, memiliki waktu pengerjaan yang lebih lama dan kekuatannya kurang konsisten dibandingkan dengan bagian yang diproduksi secara aditif, menurut perusahaan.
Suku cadang mobil struktural
Tim F1 McLaren juga menggunakan pencetakan 3D untuk memproduksi suku cadang mobil struktural – baru tahun lalu, perusahaan mencetak braket struktural 3D untuk mobil balap 2017 menggunakan printer Stratasys 3D. Dibuat dengan nilon yang diperkuat serat karbon pada printer 3D FDM, braket dicetak 3D hanya dalam empat jam dibandingkan dengan perkiraan dua minggu yang diperlukan untuk membuat komponen seperti itu menggunakan metode manufaktur tradisional.
Pencetakan 3D untuk Olahraga Motor:keunggulan kompetitif
Karena perusahaan olahraga motor terus berupaya untuk meningkatkan performa mobil mereka sekaligus mematuhi peraturan balap yang selalu berubah, pencetakan 3D menghadirkan banyak manfaat bagi sektor ini.
Teknologi ini dapat membantu mengurangi waktu pengembangan untuk desain baru serta menghasilkan suku cadang penggunaan akhir yang dapat menawarkan keunggulan kinerja yang signifikan. Seiring dengan semakin diadopsinya teknologi, kita akan melihat aplikasi yang lebih inovatif menjadi hidup, mendorong tim menuju kemenangan.
