¿Por qué se utiliza la impresión 3D en la Fórmula 1?
PUBLICADO EN OCTUBRE 28, 2019
No podemos evitar notar como la impresión 3D ha ayudado una vez más a todos los equipos a alcanzar su objetivo. Sí, así es, todos los equipos. Las 10 escuderías de Fórmula 1 están utilizando la fabricación aditiva para producir piezas para sus automóviles.
La historia de la impresión 3D en la Fórmula 1
Históricamente, se sabe que la Fórmula 1 es una de las primeras en adoptar cualquier tecnología que pueda contribuir a crear autos más rápidos, más livianos y más fuertes. La presencia de la impresión 3D no es nada nuevo, de hecho Renault F1 Team compró su primera impresora 3D como a principios de 1998. Por supuesto, el uso de estas tecnologías no fue realmente provechosa hasta el 2010.
El auto Ferrari de Fórmula 1 de 1998 (a la izquierda) y el auto de Fórmula 1 de 2017 (a la derecha).
La impresión 3D comenzó como una tecnología principalmente pensada para el prototipado rápido, a menudo dentro de unos dias entre carreras, y ahí es donde inicialmente benefició a los equipos de F1. Una ventaja que brinda la impresión 3D es la capacidad de imprimir rápidamente un prototipo, probarlo en un túnel de viento y modificar rápidamente el diseño según sea necesario.
Cómo coexiste la impresión 3D con otras tecnologías de fabricación?
Teniendo en cuenta que los métodos de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección y el mecanizado CNC han existido durante mucho más tiempo que la impresión 3D, parecería desafiante para que este último gane tanta popularidad. Entonces, ¿cuáles son exactamente los beneficios que ofrecen las tecnologías de fabricación aditiva en comparación con otros métodos de fabricación? La impresión 3D permite imprimir pequeñas series de piezas muy rápidamente en comparación con otros métodos de fabricación que a menudo requieren herramientas costosas o mucho tiempo. También es capaz de producir piezas con complejidad adicional, que no se pueden fabricar utilizando las tecnologías de fabricación tradicionales, al tiempo que mejora su rendimiento. Para un deporte con cambios tan rápidos de una carrera a otra, es fundamental la capacidad de diseñar y fabricar rápidamente piezas complejas. Desde la perspectiva del software, las aplicaciones como la optimización topológica permiten a los ingenieros reducir el peso de las piezas y redistribuirlo en el automóvil.
Para las piezas de plástico, es casi imposible que la impresión 3D domine, ya que el moldeo por inyección es una tecnología mucho más madura y ofrece una gama mucho más amplia de materiales. Sin embargo, la necesidad de moldes da una ventaja a la impresión 3D, por lo tanto, a menudo se usa como una tecnología complementaria.
Cuando se trata de la fabricación aditiva de metal, vemos fuertes colaboraciones entre las tecnologías de fabricación. Por lo general, lo que sale de la impresora es una pieza en su «forma casi neta», lo que significa que está muy cerca de la pieza final, pero aún necesita algo de procesamiento posterior. Por lo general, el CNC se usa para precisión final o suavizado, etc. La ventaja de la impresión 3D es que el CNC está limitado en los tipos de cortes que se pueden hacer. La impresión 3D permite diseñar y producir con una geometría mucho más rica.
¿Qué partes de Fórmula 1 se imprimen en 3D y con qué tecnologías?
Según el equipo Renault F1, cada uno de sus dos autos en 2019 tiene alrededor de 100 piezas impresas en 3D. A menudo usan 2 o 3 tecnologías de impresión por separado o incluso los combinan para lograr el nivel de calidad necesario para sus partes.
La tecnología FDM o (Fused Deposition Modeling) fue una de las primeras tecnologías que se adoptaron, ya que puede crear muestras rápidas, accesorios y prototipos en una etapa temprana del proyecto. Si bien los plásticos de ingeniería como los nylons tienden a ser el material favorable para usar con esta tecnología, en los últimos años, hemos notado una tendencia hacia el uso de polímeros de alto rendimiento como PEEK y PEKK. Esto se debe principalmente a la alta resistencia al calor que ofrecen estos polímeros, algo necesario ya que la temperatura alrededor del motor de un automóvil de Fórmula 1 puede alcanzar hasta 2.600 ° C (~ 4700 ° F). Sin embargo, la tecnología FDM aún es limitada para estas aplicaciones, ya que carece de la capacidad de soportar partes funcionales. Como resultado, se utiliza principalmente para producir piezas como cajas eléctricas, conductos de refrigeración y cubiertas.
Un colector hidráulico producido con mecanizado y soldadura CNC (en la parte superior) y con SLA (en la parte inferior)
Créditos: Renault F1 Team
Créditos: Renault F1 Team
La estereolitografía (SLA) también se utiliza, ya que puede lograr geometrías complejas. Sin embargo, por ahora está restringida a aplicaciones que no requieren mucha fuerza. Por esta razón, las empresas de impresión 3D y los fabricantes de materiales están desarrollando constantemente nuevos materiales que podrían resolver estos problemas.
Las tecnologías de proceso en polvo como la sinterización selectiva por láser (SLS) y la sinterización directa por láser de metal (DMLS) parecen ser las más utilizadas en la Fórmula 1. La impresión 3D por fusión en lecho de polvo tiene varias ventajas sobre las técnicas de FDM o SLA. Tiende a crear más partes isotrópicas, es más consistente y no necesita soportes, lo que lo hace ideal para los equipos de F1. En el tiempo necesario para producir una sola parte en FDM, puede obtener 10 partes en SLS.
Conducto de enfriamiento electrónico hecho de nylon reforzado con fibra de carbono. Créditos: Renault F1 Team
¿Cuál es el futuro de la fabricación aditiva en la Fórmula 1?
Si bien la impresión 3D alguna vez se usó solo para la creación rápida de prototipos, estamos viendo cómo se amplía su uso para producción. Pero también ampliarán el uso de la tecnología para la producción de piezas que realmente están instaladas en los automóviles. Esto será impulsado por los avances en nuevos materiales de alta temperatura diseñados para resistir el calor y los rigores de las carreras de Fórmula 1. Esto proporcionará la ventaja adicional de poder también crear prototipos y probar la pieza en el material final.
Coche 2021 de Fórmula 1 probado en el túnel de viento de Sauber.
Quizás uno de los beneficios clave de la impresión 3D es la capacidad de diseño que ofrece. Si la libertad de diseño de impresión 3D ofrece soluciones únicas para los ingenieros, seguramente aumentarán el uso de la tecnología en el futuro. Como John Dulchinos nos dijo: “A medida que avanza la impresión 3D (y tenemos acceso a una mayor variedad de materiales) y los resultados de las impresoras mejoran (velocidad, costo), llegaremos a una etapa en la que la gran mayoría de las piezas de Fórmula 1 se imprimirán en 3D
Los avances en fabricación aditiva hacen que cada vez más sectores que necesitan de piezas más funcionales y de formas complejas y ligeras requieran de esta tecnología para la fabricación de algunos de sus componentes. Y con la investigación de nuevos materiales para fabricación aditiva cada vez más piezas se podrán fabricar de esta forma aunque sea más lenta que los métodos convencionales ya que nos permite la optimización lo cual es una gran ventaja en la industria automovilística y aeroespacial.
ResponderEliminarYo he seguido la formula 1 desde que era pequeño y a lo largo de estos años es cierto que la geometría de los coches ha cambiado mucho. Cada vez que se lanzan nuevas normativas y reglamentos de construcción de estos vehículos (cada 4 años aproximadamente), se añaden ciertas restricciones, sobre todo a la generación de potencia, puesto que los motores se han vuelto híbridos y esto los hace mas susceptibles a fallos electrónicos. Para suplir esto problemas en la potencia han tenido que optimizar la aerodinámica en gran medida, usando geometrías cada vez mas complejas (principalmente los alerones) que favorezcan el "efecto suelo" del monoplaza. Tiene mucho sentido que hayan optado por la fabricación aditiva para crear ciertas piezas así como que el uso del prototipado rápido dado que como mucho hay 2 semanas entre carreras, lo cual hace que sea muy difícil comprobar el comportamiento en túneles de viento con piezas fabricadas de otra forma.
ResponderEliminarCoincido con el artículo en que las técnicas de fabricación aditiva son el futuro de la fabricación de los materiales en la Formula 1.
ResponderEliminarLa gran ventaja y ,de hecho, la razón principal por la que nace la fabricación aditiva es el desarrollo rápido de prototipos, y qué mejor que la Fórmula 1, donde están constantemente investigando, innovando y creando prototipos para la utilización de estas técnicas de impresión 3D. En un futuro no muy lejano, cuándo estas técnicas se desarrollen y maduren, no me cabe duda de que la mayor parte de las piezas de los monoplaza se fabricarán de esta manera.
Estoy completamente de acuerdo con los comentarios anteriores. La formula 1 es el mayor escaparate publicitario de las marcas automovilísticas (y de muchas otras), donde cada detalle se cuida al máximo y donde la tecnología juega un papel de vital importancia. Creo que si la fabricación aditiva se ha implementado en la formula 1 es por algo. La necesidad de adaptarse a las características de cada circuito, así como, la de mejorar más y más rápido que el resto es vital. La fabricación aditiva una de las mejores soluciones para este propósito, permite crear geometrías muy complejas y personalizadas en tiempos relativamente rápidos. En definitiva, brinda una posibilidad de adaptación y elaboración de prototipos que otro tipo de tecnologías no ofrecen de forma tan rápida y eficaz.
ResponderEliminarY lo que nos queda por ver chicos. Muchas de las técnicas de AM, están limitadas por los materiales. Por eso ahora muchos de los esfuerzos que se están realizando son precisamente sobre el desarrollo de nuevos materiales adecuados para este tipo de Fabricación Nueva.
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