A corrida de Fórmula Um é um esporte de engenharia de resistência alimentado por inovação implacável. As equipes trabalham incansavelmente para atingir e superar um padrão em constante evolução de desempenho máximo, e o espírito não é diferente na Alpine F1 Team (antiga equipe de F1 da Renault). Lá, a máquina de pesquisa e desenvolvimento nunca para, e as contribuições de parceiros técnicos desempenham um papel crucial em ajudar a organização a atingir suas metas.
“Corrida após corrida, novos componentes feitos com compostos complexos e ligas aeroespaciais veem a luz após sobreviverem a uma rígida seleção nos laboratórios de simulação e P&D”, explica o diretor técnico da Alpine F1 Team, Nick Chester. “No fim da temporada de corrida, esperamos que nosso carro esteja além de um segundo por volta mais rápido que quando começamos, e nossos parceiros técnicos precisam sobreviver à mesma seleção impiedosa. Não estamos interessados em relacionamentos que não agregam valor à nossa busca por desempenho.”
Essa exigência de inovação contínua e colaboração ativa é a base para a escolha da Alpine F1 Team pela 3D Systems e sua gama de tecnologias e conhecimento de impressão 3D.
Uma parceria de P&D
Com sede em Enstone, Reino Unido, a Alpine F1 Team vem usando as tecnologias da 3D Systems em suas principais operações desde 1998. Como uma das primeiras a adotar a impressão 3D para prototipagem, a equipe de corrida seguiu a trajetória da própria tecnologia. Os primeiros usos incluíram função e verificação do design de ajuste, bem como gabaritos e acessórios para montagem precisa. À medida que a parceria entre as duas empresas cresceu, os engenheiros de aplicação da 3D Systems ajudaram a Alpine F1 Team a entender e aproveitar as oportunidades, os materiais e as metodologias disponíveis para eles. A capacidade da equipe de alimentar o apetite voraz de sua instalação de túnel eólico é um sinal do impacto positivo de sua parceria com a 3D Systems, bem como a nova inovação em peças no carro por meio da impressão 3D para fundição de investimento e explorações em impressão direta de metal (DMP).
“O apoio que a equipe recebeu da 3D Systems aumentou durante a nossa jornada”, diz Chester. “Se olharmos para trás, poderemos ver que, à medida que as propriedades dos materiais melhoraram, a equipe ficou muito interessada em expandir a aplicação de materiais rápidos para mais desafios de engenharia. O número de componentes no carro produzidos com manufatura aditiva - impressão 3D, cresce a cada ano, com benefícios consideráveis para a equipe em termos de versatilidade de projeto e tempos de produção e custos reduzidos.”
A frota de máquinas da 3D Systems atualmente em uso na Alpine F1 Team inclui seis impressoras de estereolitografia (SLA) e três máquinas de sinterização a laser seletivo (SLS). Os materiais abrangem desde a variedade Accura® para construir gabaritos e acessórios, plataformas de fluxo de fluidos, padrões de fundição de precisão e peças de túnel eólico ao DuraForm® PA e DuraForm GF para as peças usadas no próprio carro, como caixas elétricas e dutos de resfriamento. Desde a correspondência com materiais até o trabalho com projetos para obter maior eficiência, a parceria entre a Alpine F1 Team a 3D Systems impulsiona um melhor desempenho dentro e fora da pista.
Um carro de corrida em evolução diária
Todos os anos, a Alpine F1 Team projeta e constrói um novo carro que corresponde às mudanças nas regras e ao ciclo natural de P&D destinado a melhorar o desempenho do carro. Como exemplo dos desafios que os regulamentos da Fórmula 1 podem impor, as atualizações da temporada de 2017 incluíram pneus maiores e mais pesados, uma asa dianteira mais larga, uma asa traseira mais baixa e mais larga e um difusor superior, o que significava que as peças de 2016 não seriam usadas em 2017. Uma vez iniciada a temporada de corridas, a pressão só aumenta: às vezes, há apenas uma semana entre as corridas para entregar mudanças de engenharia. De circuitos especialmente construídos à pistas de rua acidentadas e tortuosas, cada corrida apresenta aos engenheiros seus próprios desafios relacionados à arquitetura, ao clima e ao tipo de asfalto.
A equipe se prepara de modo implacável para os desafios específicos de cada circuito e usa o pouco tempo de inatividade que tem entre as corridas para implantar o resultado de suas pesquisas em carros e equipamentos. Não é difícil prever como a velocidade e a precisão da impressão 3D pode agregar valor a essa corrida de desenvolvimento. "O carro evolui diariamente durante a temporada de corridas", diz Patrick Warner, gerente de fabricação digital avançada da Alpine F1 Team. "Precisamos de novos componentes em todas as pistas e os benefícios da fabricação de aditivo estão se tornando cada vez mais relevantes".
Rápida iteração de design
Desde o início, a impressão 3D para prototipagem rápida provou ser um recurso útil em um esporte no qual os componentes internos do carro de corrida são bem embalados e limitados por painéis aerodinâmicos de modelagem como construída.Os aerodinamicistas da Alpine F1 Team perceberam rapidamente o potencial da tecnologia de impressão 3D para testes de ajuste e função, pois viram a complexidade dos componentes que as máquinas da 3D Systems conseguiam produzir. Com essa consciência, o uso da tecnologia 3D começou a crescer, expandindo-se gradualmente da prototipagem rápida à fabricação de modelos de túnel eólico.
“Nos testes de túnel eólico, a aerodinâmica é uma ciência empírica”, diz Warner. “Projetamos e comparamos novas ideias e escolhemos as direções a seguir. Quanto mais ideias pudermos comparar e avaliar, mais sucesso teremos na pista.” Em termos de qualidade da peça, tempo de atividade da máquina e rendimento, a SLA da 3D Systems é uma vantagem para a produtividade da equipe de corrida.
Impulsionando a aerodinâmica por meio do crescimento do túnel eólico
O Departamento de Aerodinâmica da Alpine F1 Team cresceu significativamente nos últimos anos e agora inclui 120 funcionários entre aerodinamicistas, técnicos de túnel eólico e fabricantes de modelos. Grande parte desse crescimento tem sido estimulada pelo aumento do uso de tecnologias de fabricação aditiva da 3D Systems, segundo Warner. Ele cita a capacidade de incorporar canais internos complexos ao design de modelos de teste de túnel eólico, como um impacto fundamental do uso da tecnologia da 3D Systems e a oportunidade que ela cria para fazer mais leituras de pressão.
"O modelo de carro no túnel eólico tem uma rede complexa de sensores de pressão", diz Warner. "Antes da existência das tecnologias SLA, eles eram posicionados pela perfuração de tomadas de pressão em componentes de metal e fibra de carbono. Agora, a capacidade de produzir sólidos complexos com canais internos complexos revolucionou nossa capacidade de posicionar esses sensores e aumentar seus números. É o sonho realizado de um aerodinamicista.”
Warner calcula que o teste de túnel eólico por si só exige a produção de 600 peças de fabricação de aditivo por semana, todas produzidas por uma equipe de engenharia de cinco pessoas na Advanced Digital Manufacturing (ADM).
"Não conseguiríamos chegar nem próximo disso com os métodos convencionais", diz Warner. "Precisaríamos de uma oficina do tamanho de uma pequena cidade. A 3D Systems nos oferece um local único. Eles têm os equipamentos, os materiais e a experiência de que precisamos, além da experiência dos engenheiros de aplicação que nos fornecem serviço instantaneamente."
Velocidade e precisão de fabricação para peças no carro
Em termos de produtividade e eficiência, a impressão 3D aumentou significativamente a capacidade da Alpine F1 Team de responder aos desafios apresentados por novos ambientes de corrida que surgem constantemente. Com o uso de SLA e SLS, gabaritos e acessórios complexos, plataformas de fluxo de fluidos e componentes no carro podem ser produzidos em horas em vez de semanas, tornando as tecnologias 3D ideais para os desafios logísticos das corridas de Fórmula 1.
Além das enormes quantidades de componentes testados mensalmente no túnel eólico, a Alpine F1 Team constrói uma série de peças de carros de corrida diretamente. "As tecnologias da 3D Systems impulsionaram um processo de fabricação novo e eficaz que nos permite reduzir os tempos de ciclo e os custos, agregando benefícios inestimáveis à equipe", diz Rob White, diretor de operações da Alpine F1 Team. "Por um lado, desfrutamos da capacidade de testar várias iterações da mesma peça no túnel eólico, enquanto, por outro, vemos o número de componentes sinterizados no carro real crescer a cada ano".
A impressão 3D ajudou a equipe a obter peças mais leves que aumentam a velocidade e a eficiência em termos de combustível, além de testes de fluxo precisos e informativos para melhorar o desempenho do motor e reduzir o desgaste. Uma vez concluído o design, ele é enviado com a seleção de materiais para o Departamento de ADM da equipe para produção. Usando SLA e SLS, componentes complexos do carro podem ser produzidos com mais rapidez do que nunca e, em alguns casos, a peça está pronta para inspeção antes mesmo da passagem do desenho pelo sistema.
Os padrões de fundição de precisão impressos em 3D usando SLA também estão ganhando tração na Enstone para aplicações como caixa de câmbio e componentes de suspensão, permitindo que os engenheiros da equipe sejam mais criativos no design de peças agora que as restrições das complexidades permitidas foram removidas. Como o processo de SLA é muito preciso, há economia de tempo tanto na produção de padrão front-end quanto na usinagem à prova de back-end para a fundição acabada.
Novas vias de desenvolvimento
Os benefícios das tecnologias, da experiência e dos serviços da 3D Systems se conectam profundamente com as prioridades de missão crítica da Alpine F1 Team, incluindo inovação, produtividade e maior precisão. Para Bob Bell, diretor de tecnologia da Alpine F1 Team, a 3D Systems é mais que um fornecedor de tecnologia: as duas empresas têm uma verdadeira parceria que oferece resultados e imenso potencial futuro.
"Nossa parceria com a 3D Systems nos tornou mais produtivos e eficientes ao longo dos últimos 20 anos ou mais", diz Bell. "Ela abriu novas vias de desenvolvimento e uso que eu espero que só aumentem no futuro."
