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Cosa è possibile fare e cosa no con la produzione additiva in Formula 1

Piaccia o no, queste sono le regole

Gli sport motoristici, e in particolare la Formula 1, sono considerati uno dei segmenti trainanti per l’adozione di AM. Ma una cosa è la capacità di produrre rapidamente parti di automobili AM più leggere e una cosa completamente diversa, specialmente in F1, è la capacità di usarle effettivamente. Questo perché i regolamenti per la produzione additiva in Formula 1 sono molto severi e talvolta bloccano lo sviluppo di materiali e applicazioni AM.

Queste limitazioni non si applicano ovviamente alla prototipazione. Si può fare molto con l’AM, anche direttamente in pista. I requisiti di produzione, però, sono più severi. E questo in realtà è strano perché in molti casi AM potrebbe ridurre i costi di produzione e rendere più competitivi i team innovativi con minori possibilità economiche. In effetti, sembra essere quello che la Formula 1 voleva ottenere introducendo un budget cap nel 2021. Ma la realtà è un po’ più complessa.

Cosa puoi stampare in 3D in un’auto da Formula 1?

Non è possibile utilizzare AM sul nucleo degli scambiatori di calore primari

Questo sembra un po’ un paradosso, ma in realtà è scritto nella sezione 7.4.3 del Regolamento Tecnico di Formula 1 del 2021. È qui che la F1 fornisce indicazioni su “Specifiche e tecnologia dello scambiatore di calore primario”. Al fine di ridurre il costo degli scambiatori di calore primari utilizzati nell’auto (di solito ci sono i componenti che trattengono i fluidi), si applicano le seguenti restrizioni: (a). i serbatoi del nucleo e della testata devono essere realizzati in lega di alluminio e (b) il nucleo non deve essere prodotto mediante produzione additiva.

La McLaren F1 collabora con Stratasys da alcuni anni e i miglioramenti sono stati significativi.

Quindi sì, è possibile usare l’alluminio ma non stamparlo in 3D al centro dello scambiatore di calore. Questo è abbastanza curioso. Dall’introduzione delle centraline ibride, i motori necessitano in generale di un minor raffreddamento, tuttavia è necessario raffreddare più parti. Forse la FIA ritiene in questo momento che, in questo caso, avere più soldi significhi avere un maggiore accesso alle tecnologie AM e quindi un vantaggio maggiore rispetto ad altri team. Tuttavia, questo punto potrebbe probabilmente essere rivisto in futuro.

È possibile utilizzare un’ampia selezione di materiali metallici per AM

La Sezione 15.3.2 descrive i “Materiali metallici utilizzati per la produzione additiva”, incluse due recenti aggiunte di APWORKS ed Elementum. I componenti prodotti dalla produzione additiva possono essere realizzati con materiali nel seguente elenco:

  • a. Leghe di alluminio; AlSi10Mg, AlSi7MG, Al Cl-30AL
  • b. Leghe di alluminio con rinforzo del particolato, A20X , 2024-RAM2, 6061-RAM2
  • c. Leghe di alluminio-magnesio; Scalmalloy
  • d. Leghe di titanio; Grado 1, Grado 2, Ti6Al4V, Ti 5553, Ti 6242.
  • e. Leghe di acciaio; 316, 304, MS1, 15-5PH, 17-4PH, 300M, 4140.
  • f. Leghe di rame non contenenti berillio.
  • g. superleghe; Inconel 625, Inconel 718, Cobalt-Chrome.

Questo è in realtà un elenco piuttosto ampio che viene regolarmente aggiornato. Tuttavia, è anche necessario tenere presente che: “la massa finita di un componente realizzato dalla produzione additiva non deve essere inferiore al 60% della massa del componente stampato, escluse le strutture di supporto”.

Il team Alfa Romeo Sauber ha installato più sistemi 3D (per SLA industriale) e sistemi MetalFAB.

No al berillio

La sezione 15.4 discute invece dei divieti specifici. Uno si riferisce specificamente all’AM – vietando l’uso del berillio – tuttavia alcuni altri riguardano indirettamente l’AM. Eccoli:

  • a. Compositi a matrice metallica, salvo ove consentito ai sensi dell’articolo 15.3.2
  • b. Materiali a memoria di forma ad eccezione dei materiali piezoelettrici utilizzati nei sensori elettrici.
  • c. Le leghe di titanio non possono essere utilizzate per elementi di fissaggio con filettatura maschio di diametro inferiore a 15 mm.
  • d. Leghe in cui il peso combinato di platino, rutenio, iridio, renio e oro è superiore al 5%.
  • e. Componenti prodotti dalla metallurgia della lamina.
  • f. Leghe intermetalliche.
  • g. Materiali manifatturieri additivi contenenti berillio.

Compositi e ceramiche

Queste famiglie di materiali non sono necessariamente collegate con AM ma sono materiali avanzati che potrebbero sfruttare alcuni processi AM. Questo è ciò che dicono i regolamenti della FIA sul loro utilizzo in F1.

Per quanto riguarda “Componenti alternativi e rotanti”: la sezione 5.18 afferma che i componenti alternativi e rotanti non devono essere fabbricati con una matrice grafitica, compositi con matrice metallica o materiali ceramici, questa limitazione non si applica alla frizione e alle tenute. Per quanto riguarda i componenti statici: “diversi dagli inserti al loro interno, i carter motore compresi carter, testate e coperchi delle camme della testata devono essere realizzati in alluminio o leghe di ferro. Non sono ammessi materiali compositi o con matrice metallica per l’intero componente o localmente.”

Mercedes è nota per adottare AM per la stampa di più parti e per accelerare lo sviluppo delle sue auto dominanti.

I compositi carbonio-carbonio possono tuttavia essere utilizzati per materiali di attrito. I cuscinetti degli elementi volventi devono essere fabbricati in una lega a base di ferro o in materiale ceramico. Tutti gli ingranaggi di distribuzione tra l’albero motore e gli alberi a camme devono essere realizzati in una lega a base di ferro. Gli elementi della pompa del carburante ad alta pressione possono essere realizzati in materiale ceramico.

Tutti gli elementi di fissaggio filettati devono essere realizzati in lega a base di cobalto, ferro o nichel. Le eccezioni includono elementi di fissaggio la cui funzione primaria richiede che siano un isolante elettrico: possono essere fabbricati con materiali ceramici o polimerici.

Tra le altre eccezioni, i materiali ceramici monolitici possono essere utilizzati per elementi volventi, cuscinetti, elementi della pompa del carburante ad alta pressione, componenti elettrici, isolamento termico, materiali di attrito della frizione e cuscinetti sferici. I compositi a matrice ceramica possono essere utilizzati per materiali di attrito, tenute e isolamento termico.

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Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version. Inoltre sono Senior Analyst di SmarTech Analysis, una delle più importanti realtà al mondo attive nella rilevazione di dati e previsioni di mercato relative ai vari segmenti verticali dell'industria della manifattura additiva.

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