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Impression 3D et Formule 1

La Formule 1 est la plus haute classe de course automobile sanctionnée par la Fédération Internationale de l’Automobile (FIA), ce qui signifie que les voitures de F1 sont les voitures de course sur route les plus rapides au monde, capables d’atteindre 370 km / h (230 mph) et de tirer plus de 6 Gs dans les coins. Ils sont si rapides que les pilotes doivent avoir des Super Licences, la plus haute classe de licence de course délivrée par la FIA. Il faut beaucoup d’ingénierie pour rendre les voitures aussi rapides, et chaque équipe de F1 utilise une technologie de pointe pour rester compétitive, ce qui signifie que chaque équipe de F1 utilise l’impression 3D.

Chaque fois que quelque chose doit être rapide, il doit être léger et aérodynamique, deux domaines dans lesquels l’impression 3D excelle. Les raisons pour lesquelles les ingénieurs adoptent l’impression 3D pour les fusées et les avions de combat sont les mêmes raisons pour lesquelles les équipes de F1 utilisent cette technologie: réduction de poids et liberté géométrique. Non seulement les pièces extérieures doivent être ajustées pour réduire la traînée, mais les voitures de F1 sont très petites pour la puissance et la technologie qui y sont entassées, de sorte que toutes les pièces internes doivent prendre le moins de place possible. De nombreux composants doivent s’emboîter les uns dans les autres et doivent être conçus pour s’adapter à tout espace disponible, et il n’y a pas de meilleure méthode de fabrication que l’impression 3D pour fabriquer de telles pièces.

Bien sûr, les voitures ne sont pas les seules choses qui volent en F1, il y a aussi temps. Les règlements changent chaque saison, donc les équipes construisent essentiellement de nouvelles voitures chaque année. Il est déjà assez difficile de refaire la même voiture chaque année, mais après avoir pris en compte le temps nécessaire pour apporter des modifications réglementaires, des améliorations en R&D, des tests, des inspections et des exercices, il devient clair que les équipes n’auraient pas le temps de dormir si elles ne comptaient pas. sur l’impression 3D. Seul AM peut produire des itérations de pièces assez rapidement pour suivre le rythme fulgurant de la F1.

La F1 a été l’un des premiers à adopter l’impression 3D, ayant utilisé cette technologie pour produire les modèles réduits utilisés dans les essais en soufflerie depuis la fin des années 1990. Et AM est toujours utilisé pour les modèles de soufflerie aujourd’hui, mais il est utilisé pour bien plus que cela maintenant.

Applications finales

Alfa Romeo Racing a récemment annoncé que sa voiture de la saison 2020 était équipée de 143 pièces métalliques imprimées en 3D, dont la plupart sont différents types d’alliages de titane et d’aluminium imprimés sur quatre systèmes MetalFAB1. L’impression de toutes ces pièces a entraîné une réduction de poids de 2%, ce qui est significatif en F1 où chaque gramme compte. Tout, des circuits de refroidissement et des structures de sécurité aux inserts de châssis et aux carénages, a été imprimé, et même une partie de la carrosserie. Alfa Romeo a acquis sa quatrième imprimante métal en 2019, et elle fonctionne avec cinq imprimantes SLA grand format et quelques imprimantes SLS de 3D Systems qui permettent à l’équipe d’imprimer dans une large gamme de matériaux isotropes.

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Il n’y a pas trop de photos des pièces F1 imprimées en métal 3D disponibles, mais celle-ci a été trouvée sur le site Web d’Alfa Romero F1. Cela semble être une sorte de couvercle de conduit ou d’évent.

Pièce imprimée en 3D Alfa Romeo Racing F1

Métaux imprimés en 3D approuvés par la FIA

Elementum 3D vient de recevoir deux de ses alliages d’aluminium haute performance pour l’impression 3D approuvés par la FIA pour la saison 2021. A6061-RAM1 et A2024-RAM2 sont tous deux des matériaux incroyablement légers, mais solides, qui permettront aux équipes de réduire encore plus la masse des voitures. Plusieurs autres métaux utilisés dans la FA ont également été approuvés, notamment l’Inconel 625, le Cobalt Chrome et d’autres alliages de titane et d’acier.

La liste 2021 contient la section suivante sur les matériaux métalliques additifs approuvés:

  1. Alliages d’aluminium; AlSi10Mg, AlSi7MG, Al Cl-30AL
  2. Alliages d’aluminium avec renforcement particulaire, A20X, 2024-RAM2, 6061-RAM2
  3. Alliages aluminium-magnésium; Scalmalloy
  4. Alliages de titane; Grade 1, Grade 2, Ti6Al4V, Ti 5553, Ti 6242.
  5. Alliages d’acier; 316, 304, MS1, 15-5PH, 17-4PH, 300M, 4140.
  6. Alliages de cuivre ne contenant pas de béryllium.
  7. Superalliages; Inconel 625, Inconel 718, Cobalt-Chrome.

Essais réglementaires en soufflerie

La FIA utilise également AM pour ses tests réglementaires de voitures 2021. L’organisation s’appuie sur des tests en soufflerie pour guider ses décisions réglementaires, et grâce aux améliorations de la qualité d’impression, il est désormais possible d’utiliser des modèles plus petits que ceux utilisés par le passé. Les modèles à 100% sont interdits en raison du montant des coûts (sans doute inutiles) associés à leur fabrication, de sorte que la plupart des équipes utilisent des modèles à 60%. Dans un essai en soufflerie, il y a deux éléments majeurs à considérer: les forces appliquées à la voiture et la turbulence des courants derrière la voiture. Les deux éléments peuvent créer de la traînée et ralentir la voiture. En utilisant un modèle plus petit, il y a plus de place dans la soufflerie pour examiner les courants derrière la voiture. Cependant, à mesure que le modèle devient plus petit, les détails deviennent moins précis, ce qui diminue alors la précision des tests de vent. Jusqu’à récemment, un modèle à 60% offrait la perspective la plus équilibrée, mais maintenant que les imprimantes 3D peuvent capturer plus de détails, un modèle à 50% peut être plus efficace.

Si vous imaginez que vous avez une voiture pleine grandeur là-dedans, vous ne pouvez regarder qu’un dixième de voiture derrière. Donc 50% est un bon compromis dans la mesure où nous pouvons toujours obtenir un bon niveau de détail sur le modèle mais nous avons encore de la distance derrière. Il est vrai que les équipes ont tendance à aller plus à 60% ces jours-ci. Il y a des avantages à cela, dans la modélisation, mais les techniques de fabrication modernes, en particulier la fabrication additive et des trucs comme ça, vous permettent de faire des modèles très précis à 50% de nos jours.Pat Symonds, directeur technique de la F1

Turbulence dans le sillage

La FIA essaie d’élaborer des règlements qui permettent plus de dépassements pendant les courses, c’est pourquoi ils sont si préoccupés par le sillage derrière les voitures. S’il y a beaucoup de turbulence dans le sillage, les pilotes ne pourront pas s’approcher suffisamment de la voiture qui les précède pour les doubler. Ainsi, les modèles à 50% donnent une bien meilleure vue de ce sillage. Leurs tests ont confirmé que les résultats de la soufflerie correspondent très étroitement aux résultats de la CFD (Computational Fluid Dynamics), ce qui est une bonne nouvelle car il est beaucoup plus facile d’exécuter une simulation CFD.

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Flacon de parfum F1 en métal imprimé en 3D

Et juste pour mettre une cerise sur le gâteau, F1 a lancé son premier (et peut-être le seul) parfum dans des bouteilles métalliques imprimées en 3D qui sont des sculptures en elles-mêmes. Ross Lovegrove, designer industriel gallois, est à l’origine des bouteilles exotiques. Ils sont destinés à représenter l’esprit et l’unicité de la F1, comme l’explique Lovegrove d’une manière qui résume assez bien cet article: «Ces conceptions ne sont possibles que dans leur complexité grâce à cette nouvelle technologie: l’impression 3D additive. Le fait est que, entre l’impression sur métal du titane et la variante en acier inoxydable, ils sont presque impossibles à copier car ils sont si complexes, tout comme une voiture de F1, c’est donc une forme de conception auto-protectrice et auto-définie.

À partir d’avril 2020, ces parfums atteindront les détaillants du monde entier. Cette fois, Lovegrove utilisera la technologie DLS de Carbon, créant un exosquelette en technopolymère complexe pour abriter le flacon de parfum. Ceux-ci seront disponibles à partir de 250 $ disponibles chez certains détaillants.

conception ross lovegrove carbone F1
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