3D打印在一级方程式中有何作用？

摘要：众所周知，3D打印在制造业、医疗、航空航天等领域发挥着重要作用，那么，在一级方程式中，其又发挥着什么样的作用呢……

aau讯（编辑 佟佟）众所周知，3D打印在制造业、医疗、航空航天等领域发挥着重要作用，那么，在一级方程式中，其又发挥着什么样的作用呢？基于此，小编与总部位于美国的3D Systems公司就其与一级方程式（F1）团队Alpine的合作以及3D打印在推动享誉全球的赛车运动中的创新和可持续性发挥的作用进行了采访。

一级方程式赛车是通过创新推动的工程奇迹。团队不懈努力，以达到并超越不断增长的最高性能标准，而Alpine F1团队也不例外。

基于此，团队与Alpine一起设计并制造了一辆新车，以响应赛车运动管理机构FIA概述的规则变更。这一时期为旨在提高汽车性能的自然研发周期铺平了道路。

赛车季节开始后，车队必须在每个赛车周末为他们的赛车提供工程变更。每次比赛都会给工程师带来与建筑、气候和沥青类型有关的挑战。

随着团队为每个赛道的独特挑战做准备，并在两次比赛之间利用很少的停机时间来进行汽车和设备的进一步开发工作，Alpine相信3D打印可以为这一过程增加价值。团队在每个环节都需要新的组件，而使用增材制造的好处越来越重要。

3D Systems的Kevin Baughey表示：“Alpine的团队会为各种音轨及其相关属性调整零件。这就是在整个系列中都需要进行快速迭代和测试的原因。”

为了适应这些不断的变化并实现其性能目标，势必需要不断研发新技术，并且技术合作伙伴的贡献将继续发挥作用，帮助车队制造出更快、更轻、坚固的汽车。Alpine的工程师一直在使用3D Systems公司的一系列3D打印技术和专业知识来进行持续的创新和协作。

3D Systems运输和赛车事业部负责人Baughey向小编讲述了该公司与Alpine F1团队的合作关系。他解释说：“令人惊讶的是，这种合作关系跨越了多个行业的应用工程师、知识渊博的顾问等等，实际上将所有这些结合在一起以创建一个全面的工作流程。从设计到构建准备，一直到实际打印本身，再到将其开发成解决方案所需的所有知识和应用。”

Baughey补充说，“该公司将自己视为Alpine的技术合作伙伴，与他们的合作使我们能够利用所有新技术，并将这种应用咨询知识应用到我们已经与F1和赛车运动建立的行业中，帮助我们嵌入这些高级应用程序，有助于更快地推动创新。”

据悉，Alpine总部位于牛津郡，自1998年以来就一直在使用3D Systems的技术。作为3D打印的早期采用者，这种方法推动了增材制造（AM）的发展，Alpine使用3D打印机进行早期应用，例如功能和装配设计验证以及夹具和固定装置（包括增材制造的制造必需品），这种制造方式更容易获得，具有成本效益且注重性能，可实现精确组装。

随着多年合作关系的发展，3D Systems应用工程师已帮助Alpine团队了解并掌握了他们可用的材料和方法。这项合作伙伴关系还使车队的汽车能够在其风洞设施中进行测试。它还通过3D打印（数字流程）和3D打印技术，在汽车零件上创造了新的创新成果，这些数字化工艺是数字化流程，并且AM技术有望缩短生产流程的时间和节约成本，并探索直接金属打印（DMP）。

而今，诸如Alpine之类的赛车队正在不断改变、测试、评估和完善他们在赛车场内外的赛车。这为团队提供了一个循环的机会，可以从风洞或赛道上分析过去的错误。“随着每一个新的应用程序的推出，它们都在推动科学的发展，我们正在学习了解基本原理，”Baughey说。“我们还尝试使流程高效有效，因此我们可以复制这些流程并将零件投入生产。”

作为与3D Systems合作的一部分，Alpine F1团队在其位于牛津郡恩斯通的技术中心内建立了高生产率的增材制造中心。生产车队每天为其风洞计划提供多达150个零件的燃料，并配备专门为此应用开发的功能材料。

Baughey还强调说，Alpine团队用其他方法生产相关的赛车表面。“为该应用开发和生产的材料受到风洞应用的强烈影响，”Baughey解释说。“ [Alpine]在没有这些材料和过程的情况下，将使用复合材料，但采用更传统的方式生产，但没有快速迭代和优化测试过程和结果保真度所需的精细细节/表面。”

中心使用的机器包括立体光刻（SLA）打印机和选择性激光烧结（SLS）机器。此类技术使用公司Accura系列的材料制造夹具、固定装置、流体钻机和熔模铸造模型。它还有助于制造风洞部件，并为汽车本身使用的零件（例如电箱和冷却导管）提供DuraForm PA（耐用的热塑性塑料）和DuraForm GF（玻璃填充的工程塑料）。

长期以来，赛车工程师已证明了用于快速成型的3D打印是在空气动力学饰面板要求紧密包装和约束内部赛车部件的运动中有用的工具。当Alpine的空气动力学专家看到3D Systems的机器可以生产很复杂的零件时，他们看到了3D打印技术在装配和功能测试中的潜力。有了这种认识，3D打印技术逐渐从快速原型制作逐渐扩展到风洞模型制造。

在生产率和效率方面，3D打印还提高了车队应对持续不断的新赛车环境中所面临挑战的能力。使用SLA和SLS可以在数小时而不是数周内生产出复杂的夹具和固定装置，流体钻机和汽车零部件，从而使3D打印技术成为F1赛车后勤挑战的理想之选。

除了在风洞中测试的大量组件外，Alpine还直接制造了多个赛车零件。3D Systems的技术使团队能够采用有效的新制造流程，从而缩短了生产周期并降低了成本。

“增材制造的解决方案使Alpine团队能够减少生产汽车零件的成本和时间。能够减少零件通过工作流程的时间，并使其能够每周一次快速地迭代，这是至关重要的。”Baughey解释说。“从技术角度来看，它还可以帮助减少设计约束，提高设计师和工程师的自由度。”

3D打印帮助该团队实现了重量更轻的零件打印，从而提高了速度和燃油效率，并进行了准确而翔实的流量测试，以提高发动机性能并减少磨损。“使用的材料和几何形状决定了重量和性能，而这关键在于了解最能提供性能并最小化重量的形式。”Baughey说。

关于团队可以为哪些应用打印或不能打印哪些部分，Baughey表示，这些材料的属性决定了这一点：“关键的决定点是最终材料是否可以承受'使用'条件。所使用的打印技术（例如SLA、SLS、DMP等）也可以推动这一点，因为我们拥有广泛的技术和材料组合，可用于许多应用。”

在赛车运动于2019年宣布其雄心勃勃的可持续发展计划，到2030年实现碳净足迹为零时，Alpine和3D Systems也希望此运动变得更加可持续。国际汽联主席Jean Todt说：“我们对全球环境保护的承诺至关重要。这不仅对赛车运动的未来非常令人鼓舞，而且还可以为整个社会带来巨大的好处。”

Baughey补充说：“这项运动在可持续性方面有很大的推动力，我认为我们与Alpine的合作关系完全符合团队和其他团队对该计划的愿景。但是，如果您考虑一下F1在整体上所取得的进步，将为引擎创造最轻便、最高性能的能力，以提高其性能，以及使F1保持前进的能力。它所能消耗的能量最少，仍然与可持续性有关。”

Baughey表示，未来，3D Systems将继续与Alpine合作，开发零件并推动创新，这不仅对F1赛车适用，而且还适用于医疗保健、消费汽车和航空航天等其他领域，我们对此感到很兴奋。他总结说：“由于我们已经有了很多技术创新，因此可以轻松转换为独特的设计和迭代，无论该领域是什么。”