Mehr Druck fürs Rennen

Der Formel-1-Rennstall McLaren Racing reagiert auf die strengeren Zeit- und Budgetvorgaben für die Fahrzeugproduktion, indem er Zehntausende von Teilen mit großen 3D-Druckern der nächsten Generation herstellt, den Stereolithographie-Druckern der Serie Neo800 von Stratasys.

Das Unternehmen fertigt bis zu 9.000 Teile pro Jahr für Front- und Heckflügel sowie große Teile der seitlichen und der oberen Karosserie.

Das Rennteam berichtet von großen Fortschritten bei der Optimierung der Aerodynamik des Fahrzeugs in Windkanaltests dank der hohen Genauigkeit der auf den fünf Neo800-Systemen gedruckten Teile. Über den qualitativen Aspekt hinaus wurde auch die Produktionszeit für die Teile drastisch verkürzt, sodass das Team nun in der Lage ist, bestimmte große Teile, wie beispielsweise maßstabsgetreue Karosserieoberteile, in nur drei Tagen herzustellen.

Zudem ist die Fertigung kostengünstiger. Da der Sport unsicheren Zeiten entgegensieht und wegen Covid keine Einnahmen erzielt wurden, hatte der Automobil-Dachverband FIA beschlossen, die Budgetobergrenze für das erste Betriebsjahr 2021 von 175 Millionen auf 145 Millionen US-Dollar zu senken, danach auf 140 Millionen für 2022 und 135 Millionen US-Dollar für 2023. Durch den Einsatz der hauseigenen Drucker kann McLaren alle aerodynamischen Teile an seinem Standort in Woking, Großbritannien, herstellen, was Kosten für Zulieferer und die damit verbundene Qualitätssicherung spart. Das Team kann auch Montagevorrichtung und Schablonen sowie kleine Formen 3D-drucken, die früher aus Metallblöcken gefräst wurden. Die Geschwindigkeit des Neo800-Stereolithographieverfahrens spart nicht nur viel Zeit, sondern auch teures Metall.

McLaren erzielt große Fortschritte bei der Optimierung der Aerodynamik des Fahrzeugs aufgrund der hohen Genauigkeit der auf den Neo800-Stereolithographie-3D-Druckern gedruckten Teile. © Bild: McLaren

„Die Stereolithographie-Technologie sowie die Materialien haben sich weiterentwickelt und damit die Art und Weise, wie wir sie einsetzen”, sagt Tim Chapman, Leiter der additiven Fertigung bei McLaren Racing. „Wir stellen nicht mehr nur Prototypen her, sondern produzieren jetzt viele Komponenten und Werkzeuge in Originalgröße.” Eine der Hauptanwendungen, in denen McLaren den größten Nutzen seiner Neo800-Drucker der nächsten Generation sieht, sind Windkanaltests. Das Team verwendet 60 % der Modelle im Originalmaßstab, um das Aerodynamikpaket zu optimieren und mehr Abtrieb zu erzielen, der für mehr aerodynamischen Grip sorgt, und um die aerodynamischen Belastungen an der Vorder- und Rückseite des Autos auszugleichen.

Fortschritte im Windkanal

„Windkanaltests sind nach wie vor der Goldstandard, wenn es darum geht, zu beurteilen, wie alle Oberflächen zusammenwirken, entweder als Baugruppe oder als komplettes Auto,” erklärt Chapman. „Unsere 3D-Drucker der Neo-Serie haben uns geholfen, die Vorlaufzeiten für unsere aerodynamischen Windkanal-Komponenten und -Projekte drastisch zu verkürzen.” Das Team druckt Teile mit dem Resin Somos PerForm Reflect, das speziell für Windkanalmodelle entwickelt wurde. Es entstehen robuste, starre Teile, deren Nachbearbeitungszeit 30 % kürzer ist.

Chapman fährt fort: „Wir stellen fest, dass die hochpräzisen Komponenten aus unseren Neo-Druckern nur eine minimale manuelle Nachbearbeitung erfordern, was einen wesentlich schnelleren Durchsatz im Windkanal ermöglicht. Zusätzlich zum Vorteil der Geschwindigkeit können wir nun auch Windkanalteile mit höchster Genauigkeit, Detailgenauigkeit und bestem Oberflächenfinish herstellen. Das hat unserem Team ermöglicht, Tests zu verbessern und neue Ideen zur Leistungssteigerung zu entwickeln. Ich kann gar nicht genug betonen, wie wichtig diese Vorteile in der Formel 1 sind, wo die Fristen für die Auslieferung der Autos für das nächste Rennen extrem knapp sind und wo die kleinste Designanpassung den Unterschied zwischen Sieg und Niederlage ausmachen kann oder zu besseren Positionen in der Startaufstellung verhilft.”

Der große Bauraum von 800 × 800 × 600 mm des Neo800 ermöglicht die Herstellung großer Einzelteile oder einer Vielzahl kleinerer Teile. Auch komplizierte Details lassen sich mit sehr hoher Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit herstellen. Ein Beispiel dafür sind die Rennwagen von McLaren, die mit 50 bis 60 Gehäusen ausgestattet sind, in denen der Luftdruck auf verschiedenen Oberflächen gemessen wird. Die kleinen Druckmessgeräte in diesen Gehäusen sind äußerst kompliziert. Sie zeichnen während der Tests und Rennen detailliert Daten auf, damit die Ingenieure die aerodynamische Leistung kontinuierlich überwachen und optimieren können.

Andy Langfeld, President EMEA bei Stratasys, sagt: „Der transformative Wert des 3D-Drucks ergibt sich aus der Möglichkeit, Teile für bestimmte Anwendungen schnell anpassen und maßschneidern zu können. In diesem Fall war McLaren in der Lage, die Produktentwicklungszeit bei voller Kostenkontrolle drastisch zu verkürzen, indem das Unternehmen die Stereolithographie-Technologie der nächsten Generation von Stratasys mit den Somos-Materialien und der umfassenden Erfahrung im Rennsport kombiniert hat.” 

Formnext: Halle 12.1, Stand D121