McLaren Racing entwickelt und fertigt jährlich Tausende von Teilen mit Hilfe der Stratasys Neo SL-Anlage
Die Stereolithographie-3D-Drucker vom Typ Stratasys Neo800 ermöglichen es McLaren Racing, bis zu 9.000 Teile pro Jahr herzustellen – von aerodynamischen Oberflächen in Originalgröße bis hin zu hochpräzisen Gehäusen für eingebettete Sensoren – und so zum Rennerfolg beizutragen. Durch die Verlagerung eines größeren Teils der Fertigung ins eigene Haus und die Verkürzung der Entwicklungszyklen hilft der 3D-Druck McLaren, die strengen Design- und Kostenvorgaben der FIA optimal zu erfüllen.
Regulierung erzwingt Innovation
Die Formel 1 basiert auf einem komplexen Regelwerk, an das sich Fahrer und Teams halten müssen. Das Reglement legt einen technologischen Rahmen fest, innerhalb dessen jedes Team das schnellstmögliche Auto bauen muss – und zwar innerhalb des maximal zulässigen Budgets. Die Regeln schaffen ein extrem wettbewerbsintensives Umfeld, in dem Bruchteile eines Gramms, ein oder zwei Mikrometer und die Entwicklungsgeschwindigkeit über Podiumsplätze entscheiden.
Als Reaktion auf die immer strengeren FIA-Vorschriften fertigt das Formel-1-Team McLaren Racing Tausende von Teilen mit fünf Stratasys Neo800 Stereolithographie-3D-Druckern der nächsten Generation.
Kürzere Windkanaltests
Die Formel 1 ist untrennbar mit Aerodynamik verbunden. Die Wirkung der Luft über, unter, durch und weg vom Auto ist der wichtigste Faktor für die Leistung. Obwohl computergestütztes Design für die Entwicklung von Formel-1-Rennwagen unerlässlich ist, gelten Windkanaltests nach wie vor als Maßstab, um das Zusammenspiel einzelner Oberflächen zu untersuchen – sei es als einzelne Komponenten oder als Ganzes des Fahrzeugs.
Das Team verwendet maßstabsgetreue Modelle (60 %), um die Aerodynamik zu optimieren und einen höheren Abtrieb zu erzielen – was für eine bessere aerodynamische Haftung sorgt – und um die aerodynamische Belastung an der Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs auszugleichen.
Stratasys Neo800 3D-Druckern und dem Harz Somos®PerFORM Reflect fertigt das McLaren Racing Team Tausende von Teilen für die Front- und Heckflügel sowie große Abschnitte der Seitenkarosserie. PerFORM Reflect ist ein speziell für Windkanalmodelle entwickeltes Material. Es ermöglicht die Herstellung von robusten, steifen Teilen, die 30 % weniger Nachbearbeitungszeit benötigen. In
Windkanaltests werden verschiedene Varianten der Front- und Heckflügel, der Seitenflügel und der gesamten Karosserie des Fahrzeugs untersucht.
„Unsere neuen 3D-Drucker der Neo-Serie haben maßgeblich dazu beigetragen, die Vorlaufzeiten bei aerodynamischen Windkanalprojekten zu verkürzen. Dank des großen Druckbetts des Neo800 lassen sich extrem große Bauteile schnell und mit herausragender Detailgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit fertigen. Wir stellen fest, dass die auf unseren Neo-Maschinen hergestellten Teile nur minimale manuelle Nachbearbeitung erfordern, was deutlich schnellere Durchlaufzeiten ermöglicht. Die Bauzykluszeiten wurden signifikant reduziert“, so Tim Chapman, Leiter der additiven Fertigung bei McLaren Racing.
Kürzere Entwicklungszeit
Die Herstellung eines maßstabsgetreuen Modells (60 %) hat sich deutlich beschleunigt. Dank der neuen Generation von Stereolithographie-3D-Druckern kann das McLaren-Team ein Oberkörperprojekt in nur 3–4 Tagen abschließen – von der Übermittlung der CAD-Daten bis zur Auslieferung des fertigen Bauteils.
„Um bisher eine Karosserie im Maßstab 60 % herzustellen, verwendeten wir zunächst traditionelle Technologien, um die Form der Karosserie grob zu erstellen. Anschließend erstellten wir die Form der Karosserie manuell mithilfe von handgeformten Schablonen auf Basis der technischen Zeichnung. Im Wesentlichen erstellten wir so ein Muster, formten dann die Kanten und fertigten schließlich eine Kohlefaserform aus dem Muster an“, fügt Tim Chapman hinzu.
Im Gegensatz dazu ermöglicht die Fertigungsanlage Neo800, diesen Werkzeug- und Kohlefaser-Herstellungsprozess komplett zu umgehen und stattdessen modulare Teile mittels 3D-Druck herzustellen.
Es geht nicht nur um die Größe
Der große Bauraum (800 x 800 x 600 mm) des Stratasys Neo800 3D-Druckers ermöglicht die Fertigung entweder eines einzelnen großen Bauteils oder einer Vielzahl kleinerer Teile. Die Technologie ermöglicht den Druck feinster Details mit branchenführender Wiederholgenauigkeit und Zuverlässigkeit.
McLaren-Rennwagen verfügen über etwa 50 bis 60 integrierte Luftdruckmessgeräte, mit denen der Luftdruck auf verschiedenen Oberflächen gemessen werden kann. Diese Daten werden den Renningenieuren zur Verfügung gestellt und unterstützen die Entwicklung. Die kleinen Gewinde an diesen Teilen erfordern ein extrem präzises und hochauflösendes 3D-Druckverfahren. Nach der Nachbearbeitung werden die Teile direkt in den Wagen eingebaut.
Kostenreduzierung
Da der Motorsport vor unsicheren Zeiten steht und während der Covid-Pandemie keine Einnahmen generiert wurden, hat die FIA beschlossen, die Budgetobergrenze im ersten Jahr (2021) von 175 Millionen US-Dollar auf 145 Millionen US-Dollar, im Jahr 2022 auf 140 Millionen US-Dollar und im Jahr 2023 auf 135 Millionen US-Dollar zu senken.
Mit den Neo800 3D-Druckern kann McLaren nun alle seine aerodynamischen Windkanalmodelle am Standort Woking (Großbritannien) fertigen und so Kosten für Fremdvergabe und die damit verbundene Qualitätssicherung einsparen. Das Team kann nun auch Sitze und Montagehilfen sowie kleine Werkzeuge für die Verbundwerkstofffertigung, die zuvor aus Metall hergestellt werden mussten, im 3D-Druckverfahren herstellen. Die Geschwindigkeit des Neo800-Stereolithografie-Verfahrens spart nicht nur erheblich Zeit, sondern auch wertvolles Metall, da die großen Mengen an Spänen, die bei der subtraktiven Bearbeitung entstehen, entfallen.
Die höhere Geschwindigkeit und die geringeren Kosten ermöglichen eine flexible Reaktion auf Designprobleme und die Entwicklung neuer Versionen zu jedem Zeitpunkt der Saison. Mit dem Neo800 kann McLaren neue Teile herstellen, ohne Werkzeugblöcke oder Kohlefaserformen neu fertigen zu müssen – beides zeitaufwändige und kostspielige Prozesse.
Jenseits von Prototypen
Mit der Weiterentwicklung der Stereolithographie-3D-Drucktechnologie und der verwendeten Materialien haben sich auch die Methoden von McLaren weiterentwickelt. Windkanalmodelle und Prototypen sind zwar weiterhin von zentraler Bedeutung, das Team fertigt aber auch eine Reihe anderer Bauteile und Werkzeuge.
Beispielsweise druckt das Team mit Somos DMX SL-100-Harz auf Stratasys Neo800 3D-Druckern Werkzeuge, um die Verbundwerkstoffe schichtweise aufgebracht werden können. Nach dem Autoklavieren wird das Harz entfernt, sodass das ausgehärtete Verbundbauteil sofort einsatzbereit ist. Dadurch können Konstrukteure problemlos hohle oder gewundene Verbundbauteile herstellen, ohne aufwendige und teure Werkzeuge anfertigen zu müssen.
Wussten Sie, dass die Stereolithographie-Technologie von Stratasys maßgenaue, detailreiche Teile mit bis zu 50 % weniger Nachbearbeitung ermöglicht?
Wussten Sie, dass Neo 3D-Drucker Ihnen die freie Materialwahl ermöglichen, da sie mit handelsüblichen Harzen arbeiten?
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