Las carreras de Fórmula Uno son una competición deportiva de ingeniería de resistencia impulsada por una innovación incesante. Los equipos trabajan incansablemente para alcanzar y superar un estándar en constante evolución de máximo rendimiento, y el espíritu no es diferente en el equipo de Alpine F1 Team (anteriormente Renault F1 Team). En él, la máquina de la investigación y el desarrollo nunca se detiene y las aportaciones de los socios técnicos desempeñan un papel crucial en la ayuda que se le brinda a la organización para alcanzar sus objetivos.
“Carrera tras carrera, los nuevos componentes de los compuestos complejos y aleaciones aeroespaciales ven la luz después de sobrevivir a una selección dura en los laboratorios de simulación y de I+D”, explica el director técnico de Alpine F1 Team, Nick Chester. “Al final de una temporada de carreras, esperamos que nuestro automóvil de carreras sea un segundo por vuelta más rápido que cuando empezamos, y nuestros socios técnicos tienen que sobrevivir a la misma selección despiadada. No estamos interesados en relaciones que no aporten valor a nuestra búsqueda de rendimiento”.
Este requisito para la innovación permanente y la colaboración activa es la base para que el equipo de Alpine F1 Team haya elegido a 3D Systems y su amplia gama de conocimientos y tecnologías de impresión 3D.
Una asociación de I+D
Con sede en Enstone, Reino Unido, Alpine F1 Team ha estado utilizando las tecnologías de 3D Systems en sus operaciones principales desde 1998. El equipo de automovilismo fue uno de los primeros en adoptar la impresión 3D para la creación de prototipos, y su uso de la impresión 3D ha seguido la trayectoria de la propia tecnología. Los primeros usos incluyeron la verificación del diseño de función y ajuste, así como plantillas y accesorios para un ensamblaje preciso. A medida que la asociación entre las dos empresas fue creciendo, los ingenieros de aplicaciones de 3D Systems ayudaron a Alpine F1 Team a comprender y aprovechar las oportunidades, los materiales y las metodologías que tenían disponibles. La capacidad del equipo para alimentar el apetito voraz de su instalación de túnel de viento es un testimonio del impacto positivo de su asociación con 3D Systems, así como de la innovación en piezas del automóvil a través de la impresión 3D para la microfusión y las exploraciones en impresión directa en metal (DMP).
“El apoyo que el equipo recibió de 3D Systems ha evolucionado durante nuestro recorrido”, dice Chester. “Si miramos hacia atrás, puede ver que, a medida que las propiedades de los materiales mejoraron, el equipo demostró interés en expandir la aplicación de materiales rápidos a más desafíos de ingeniería. La cantidad de componentes de automóviles producidos con la fabricación aditiva crece cada año, con beneficios considerables para el equipo en términos de versatilidad de diseño y reducción de los tiempos y costos de producción”.
La flota de máquinas de 3D Systems actualmente en uso en Alpine F1 Team incluye seis impresoras de estereolitografía (SLA) y tres máquinas de sinterización selectiva por láser (SLS). Los materiales abarcan de la línea de la Accura® a plantillas y accesorios de construcción, plataformas de flujo de fluido, patrones de microfusión y las partes del túnel de viento a DuraForm® PA y DuraForm GF para las piezas utilizadas en el propio vehículo, como tableros eléctricos y conductos de refrigeración. Desde el emparejamiento con materiales hasta el trabajo a través de diseños para una mayor eficiencia, la asociación entre Alpine F1 Team y 3D Systems impulsa un mejor rendimiento tanto dentro como fuera del circuito.
Un automóvil de carreras que evoluciona a diario
Cada año, Alpine F1 Team diseña y construye un automóvil nuevo que responde a los cambios de las reglas y al ciclo natural de I+D, destinado a mejorar el rendimiento del automóvil. Como ejemplo de los desafíos que pueden implicar los cambios en las regulaciones de la Fórmula Uno, las actualizaciones de la temporada 2017 incluyeron neumáticos más grandes y pesados, un alerón delantero más ancho, un alerón trasero más bajo y más ancho, y un difusor más alto, lo que significó que en el 2017 no se pudieron reutilizar piezas del 2016. Una vez que comienza la temporada de carreras, la presión solo sigue aumentando: a veces solo hay una semana entre las carreras para realizar cambios de ingeniería. Desde circuitos especialmente diseñados a pistas callejeras tortuosas y llenas de baches, cada carrera los ingenieros se enfrentan a sus propios desafíos relacionados con la arquitectura, el clima y el tipo de asfalto.
El equipo se prepara sin descanso para los desafíos únicos de cada circuito y utiliza el poco tiempo de inactividad que tiene entre las carreras para implementar el fruto de su investigación en automóviles y equipos. No es difícil imaginar cómo la velocidad y la precisión de la impresión 3D pueden añadir valor a esta carrera de desarrollo. “El automóvil evoluciona a diario durante la temporada de carreras”, dice Patrick Warner, gerente de fabricación digital avanzada de Alpine F1 Team. “Necesitamos componentes nuevos en cada circuito y los beneficios de la fabricación aditiva son cada vez más importantes”.
Validación rápida de diseños
Desde el principio, se demostró que la impresión 3D para la creación rápida de prototipos es una capacidad útil en un deporte en el que los componentes internos de los automóviles de carreras están compactados y limitados por paneles de superficie aerodinámica. Los especialistas en aerodinámica de Alpine F1 Team vieron rápidamente el potencial de la tecnología de impresión 3D para las pruebas de ajuste y función, ya que veían la complejidad de los componentes que las máquinas de 3D Systems podían producir. Con estos conocimientos, el uso de la tecnología 3D comenzó a crecer, y se expandió gradualmente desde la creación rápida de prototipos hasta la fabricación de modelos de túnel de viento.
“En las pruebas de túnel de viento, la aerodinámica es una ciencia empírica”, dice Warner. “Diseñamos y comparamos nuevas ideas y elegimos las direcciones a seguir”. Cuantas más ideas podamos comparar y evaluar, mayor éxito tendremos en el camino”. En términos de calidad de las piezas, tiempo de actividad de la máquina y rendimiento, la SLA de 3D Systems es una bendición para la productividad del equipo de carreras.
Impulsar la aerodinámica a través del crecimiento del túnel de viento
El Departamento de aerodinámica de Alpine F1 Team ha crecido significativamente en los últimos años y ahora incluye a 120 empleados entre especialistas en aerodinámica, técnicos de túneles de viento y fabricantes de modelos. De acuerdo con Warner, gran parte de este crecimiento se vio impulsado por el creciente uso de las tecnologías de fabricación aditiva de 3D Systems. Menciona la capacidad de incorporar canales internos complejos en el diseño de los modelos de prueba de túnel de viento como un impacto clave del uso de la tecnología de 3D Systems y la oportunidad que crea para tomar más lecturas de presión.
“El modelo del automóvil en el túnel de viento tiene una red compleja de sensores de presión”, indica Warner. “Antes de que las tecnologías de SLA estuvieran disponibles, se colocaban perforando tomas de presión en componentes de metal y fibra de carbono. La capacidad que tenemos ahora de producir componentes sólidos complejos con intrincados canales internos ha revolucionado nuestra capacidad para colocar estos sensores y aumentar su número. Es el sueño de un especialista en aerodinámica hecho realidad”.
Warner calcula que las pruebas de túnel de viento por sí solas requieren la producción de 600 piezas de fabricación aditiva por semana, realizadas por un equipo de ingeniería de cinco personas en Fabricación digital avanzada (ADM).
“No podríamos hacerlo de manera convencional”, dice Warner. “Necesitaríamos un taller de maquinaria del tamaño de una ciudad pequeña. 3D Systems nos ofrece todo lo que necesitamos. Tienen el equipo, los materiales y la experiencia que necesitamos de los ingenieros de aplicaciones que nos proporcionan servicio al instante”.
Velocidad y precisión de fabricación de piezas de automóviles
En términos de productividad y eficiencia, la impresión 3D ha aumentado drásticamente la capacidad del equipo Alpine F1 Team para responder a los desafíos que se presentan en entornos de carreras en constante cambio. Con las tecnologías de SLA y SLS, se pueden producir complejas plantillas y accesorios, plataformas de flujo de fluidos y componentes de automóviles en horas en lugar de semanas, lo que hace que las tecnologías 3D sean ideales para los desafíos logísticos de las carreras de la Fórmula Uno.
Además de las enormes cantidades de componentes que se prueban mensualmente en el túnel de viento, Alpine F1 Team crea una serie de piezas para autos de carreras directamente. “Las tecnologías de 3D Systems han impulsado un nuevo proceso de fabricación eficaz que nos permite reducir tanto los tiempos de ciclo como los costos, lo que añade un beneficio inestimable al equipo”, afirma Rob White, director de operaciones de Alpine F1 Team. “Por un lado, disfrutamos de la capacidad de probar múltiples iteraciones de la misma pieza en el túnel de viento, mientras que, por otro lado, vemos que la cantidad de componentes sinterizados en el automóvil aumenta cada año”.
La impresión 3D ha ayudado al equipo a lograr piezas más livianas que aumentan la velocidad y el rendimiento del combustible, así como pruebas de flujo precisas e informativas para mejorar el rendimiento del motor y reducir el desgaste. Una vez que se completa un diseño, se envía junto con su selección de material al Departamento de ADM del equipo para que lo produzca. Con las tecnologías de SLA y SLS, los componentes complejos del automóvil se pueden producir más rápido que nunca y, en algunos casos, la pieza está lista para su inspección antes de que el dibujo haya pasado por el sistema.
Los patrones de microfusión impresos en 3D que utilizan la SLA también están ganando terreno en Enstone para aplicaciones como la caja de engranajes y los componentes de suspensión, lo que permite a los ingenieros del equipo ser más creativos en el diseño de las piezas ahora que se han eliminado las restricciones en las complejidades permitidas. Debido a que el proceso de SLA es tan preciso, el tiempo se ahorra tanto en la producción de patrones externos como en el mecanizado interno de prueba para la fundición terminada.
Nuevas vías de desarrollo
Los beneficios de las tecnologías, la experiencia y los servicios de 3D Systems se conectan profundamente con las prioridades críticas para Alpine F1 Team, incluida la innovación, la productividad y la precisión mejoradas. Para Bob Bell, director de tecnología de Alpine F1 Team, 3D Systems es más que un proveedor de tecnología: las dos empresas tienen una verdadera asociación que ofrece resultados y un gran potencial de futuro.
“Nuestra asociación con 3D Systems nos permitió ser más productivos y eficientes en los últimos 20 años”, dice Bell. “Ha abierto nuevas vías de desarrollo y uso que espero que solo aumenten en el futuro”.
