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Comment les champions de course utilisent l'impression 3D pour la victoire

Comment les champions de course utilisent l'impression 3D pour la victoire


Cet atelier d'apparence saine appartient à l'équipe TU Delft Formula Student, l'une des équipes les plus performantes de l'histoire du sport. Formula Student est une compétition étudiante d'ingénierie organisée chaque année au Royaume-Uni. Les élèves conçoivent, construisent, testent et pilotent une voiture de course de style formule à petite échelle. Il attire des équipes des meilleures universités techniques du monde. Les juges incluent souvent d'anciens membres d'équipes de grandes équipes de Formule 1.

Nichée à l'ouest des Pays-Bas se trouve une ville appelée Delft, célèbre principalement pour deux choses: ses poteries bleues et blanches peintes à la main et son université technique de classe mondiale. Fondée en 1842 par le roi des Pays-Bas Guillaume II, l'université a créé certains des plus grands ingénieurs du monde dans divers domaines. Ces chercheurs comprennent l'astronaute Lodewijk van den Berg et l'ancien doyen du MIT, N. John Habraken.

Les trois T du succès (équipe, tâche et adaptabilité)

L'équipe Formula Student de Delft a connu un grand succès ces dernières années, remportant deux des trois dernières courses Formula Student. Prenant la couronne sur le célèbre circuit de course de Silverstone en 2014 et 2015, ils sont devenus la 3e équipe la plus titrée de l'histoire de Formula Student. L'ingénieur en chef Jonas attribue leur succès à la conscience de son rôle spécifique dans l'équipe:

"Je suis en charge du concept de haut niveau de la voiture, en veillant à ce que chaque partie de la voiture corresponde à l'objectif principal qui est un mouvement efficace."

En utilisant des outils tels qu'un tour, un moulin, une plastifieuse en fibre de carbone et l'impression 3D, l'équipe de Delft termine la tâche de construire une voiture de course de style Formula en seulement neuf mois. La clé du succès en si peu de temps est de se déplacer rapidement tout en conservant une construction polyvalente. Lorsque des défis surviennent, les choses peuvent être ajustées et modifiées sans redémarrer tout le processus. C'est là que l'impression 3D entre en jeu.

Tout commence par une roue

La première application de l'impression 3D utilisée par Delft réside dans le volant de l'équipe. Non seulement il a été prototypé avec l'impression 3D, mais aussi pour la production des pièces finales. Avoir plusieurs pilotes dans l'équipe signifiait qu'ils avaient chacun des préférences individuelles en conduisant.

Le volant est le principal point de contact de la voiture pour les conducteurs, ce qui en fait un sujet de débat brûlant pour les concepteurs sur la façon dont il devrait se sentir, adhérer et fonctionner. La meilleure façon de résoudre les allers-retours constants entre l'équipe de conception et les pilotes était d'utiliser l'impression 3D FDM. Cet itinéraire abordable et rapide permet aux conducteurs de spécifier exactement ce qu'ils veulent sans encourir de coûts et de retards importants étant donné la courte période de neuf mois.

Ils ont utilisé le programme étudiant 3D Hubs, un réseau de services d'impression 3D dans plus de 100 pays, et ont obtenu un délai d'exécution court à un coût réduit.

La modélisation de dépôt fondu (FDM) fonctionne en extrudant une bobine de plastique à travers une buse chauffée qui fait fondre les couches de construction en plastique. Il refroidit ensuite et se solidifie.

Jonas a déclaré: "Une imprimante 3D ne se soucie pas autant de ces limitations de géométrie. Cela signifie que nous pouvions itérer et tester, itérer et tester sans nous soucier du coût ou des délais."

Le processus de création du volant a commencé avec un morceau de bois découpé au laser très rudimentaire avec de l'argile empilée dessus. Les conducteurs ont ensuite enfoncé le volant avec des gants de conduite pour créer un contour approximatif et numérisé en 3D dans le logiciel de modélisation. Pendant le processus de modélisation, ils voulaient créer une roue de direction qui n'avait pas besoin de supports pour pouvoir imprimer dans un court laps de temps. Ces itérations pourraient être générées au fur et à mesure que les pilotes testaient htem.

Les trois pilotes qui ont testé la roue l'ont utilisé très différemment - certains en utilisant la sous-adhérence, d'autres en utilisant la sur-adhérence et. Créer un problème légèrement gênant pour l'équipe de conception signifiait garder les conducteurs heureux. La production finale a optimisé la prise de main sur tous les côtés. Quel que soit le conducteur au volant, la direction serait adaptée à leurs besoins. Jonas a mentionné:

«Le volant est un espace étroit et doit être capable de supporter beaucoup de force. Les conducteurs doivent être capables de vraiment creuser dans la forme et appliquer de la force dans les virages. Être solide et avoir une bonne adhérence insuffle la confiance dans le Conducteurs."

Le support complexe

Une partie moins visible de la voiture a également utilisé les avantages de l'impression 3D, mais pour une raison bien différente de celle du prix ou de la vitesse. L'impression 3D métal, une technologie plus familière dans l'industrie automobile, a été utilisée pour créer un support intégral qui reliait la tige de direction de la roue intérieure à l'avant du véhicule.

L'équipe a fabriqué cette pièce en titane en utilisant un processus appelé frittage laser direct en métal (DMLS). Un bras mécanique étend une fine couche de poudre de titane fine sur le lit d'impression tandis qu'un puissant laser au dioxyde de carbone fait fondre la poudre et fusionne le titane ensemble.

En raison de la technologie du lit de poudre de l'imprimante, les géométries qui peuvent être réalisées peuvent être extrêmement complexes. Le fait d'avoir un lit complet de poudre frittée signifie que l'objet n'a pas besoin de structures de support complexes car il est entouré de poder. Ceci est différent du FDM qui est extrudé et non fritté. Jonas a expliqué:

"La raison pour laquelle nous avons utilisé l'impression 3D au titane pour la pièce était qu'elle ne pouvait tout simplement pas être réalisée d'une autre manière. Nous avions besoin de géométries très spécifiques pour les charges appliquées."

Succès de l'impression 3D

L'équipe d'étudiants de Delft Formula a mis en évidence deux applications différentes, dont deux technologies différentes pour tirer parti des avantages qu'elles offrent. À mesure que l'impression 3D devient plus accessible et continue de développer une plus grande gamme de matériaux, de géométries et d'applications deviendront apparentes dans l'industrie automobile. Formula Student dans les années à venir sera certainement un foyer d'innovation et je suis ravi de voir comment les voitures évoluent parallèlement aux technologies disponibles.

Rédacteur collaborateur: George Fisher-Wilson, responsable des communications pour 3D Hub

[Toutes les images sont une gracieuseté de George Fisher-Wilson]


Voir la vidéo: Quelle imprimante 3D choisir et quelles sont celles que jutilise.