Additive Fertigung McLaren druckt Tausende von Formel-1-Bauteilen mit Stratasys-Technik

Weil die FIA die Produktionszeiten und -budgets für die Formel 1 gekürzt hat, setzt McLaren mehrere 3D-Drucker von Stratasys ein, um das „Rennen” abseits des Parcours zu gewinnen.

Ein Kraftpaket der Formel 1, McLaren Racing, reagiert auf die strengeren Zeit- und Budgetvorgaben der FIA für die Fahrzeugproduktion, indem es Zehntausende von Teilen mit großen 3D-Druckern der nächsten Generation herstellt – den Stereolithographiedruckern (SLA) der Serie Neo800 von Stratasys, um genau zu sein.

Große Karosserieteile in drei Tage exakt drucken

McLaren will damit quasi das „Rennen vor dem Rennen” gewinnen, indem die bis zu 9.000 Teile pro Jahr für Front- und Heckflügel sowie große Teile der seitlichen und der oberen Karosserie additiv gefertigt werden. Das Rennteam redet schon von Optimierung der Aerodynamik des Fahrzeugs in Windkanaltests, weil die gedruckten Komponenten sehr präzise gefertigt sind, wie es weiter heißt. Über den qualitativen Aspekt hinaus sei auch die Produktionszeit für die Teile drastisch verkürzt, so dass das Team nun in der Lage sei, bestimmte große Teile, wie beispielsweise maßstabsgetreue Karosserieoberteile, in nur drei Tagen herzustellen.

Rennwagenteile-Fertigung ist durch Drucken günstiger

Zudem ist die Fertigung günstiger, wie betont wird. Weil der Sport unsicheren Zeiten entgegensehe und wegen Covid keine Einnahmen erzielt wurden, hatte die 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 schließlich 135 Millionen für 2023.

Durch den Einsatz der hauseigenen Drucker kann McLaren aber alle aerodynamischen Teile an seinem Standort in Woking in Großbritannien, herstellen. Das spart Kosten für Zulieferprozesse und die damit verbundene Qualitätssicherung. Das Team könne auch Montagevorrichtung und Schablonen sowie kleine Formen mit den Stratasys-Systemen drucken, die früher aus Metallblöcken gefräst wurden, wie s weiter heißt. Die Geschwindigkeit des Neo800-Stereolithographieverfahrens spart aber nicht nur viel Zeit, sondern auch teures Metall, weil es keine Späne wie beim Fräsen gibt, die dann entsorgt werden müssen.

AM im Rennsport

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Auch komplizierte Details wiederholgenau fertigen

Der große Bauraum (800 Millimeter × 800 Millimeter × 600 Millimeter) des 3D-Druckers Neo800 ermöglicht die Herstellung großer Einzelteile oder vieler kleinerer Teile. Der Prozess garantiere auch, dass selbst komplizierte Details immer mit sehr guter Wiederholbarkeit und Zuverlässigkeit erhalten bleiben.

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 darin sind äußerst kompliziert, wie man betont. Sie zeichnen während der Tests und der Rennen detailliert Daten auf, damit die Ingenieure die aerodynamische Leistung kontinuierlich überwachen und optimieren können. Der transformative Wert des 3D-Drucks ergibt sich nach Aussage von Stratasys aus der Möglichkeit, Teile für bestimmte Anwendungen schnell anpassen und quasi nach Maß schneidern zu können. In diesem Fall sei McLaren in der Lage, die Produktentwicklungszeit bei voller Kostenkontrolle stark zu verkürzen, indem das Unternehmen die Stereolithographie der nächsten Generation mit den Somos-Materialien und der Erfahrung im Rennsport kombiniert hat.

3D-Druckteile beweisen ihre Vorteile im Windkanal

Die Stereolithographie sowie die Materialien haben sich weiterentwickelt und damit die Art und Weise, wie McLaren sie einsetzt, macht Tim Chapman, Leiter der Additiven Fertigung bei McLaren Racing, klar. Es gehe dabei längst nicht mehr nur um Prototypen, sondern die Experten produzierten jetzt viele Komponenten und Werkzeuge in Originalgröße.

Eine der Hauptanwendungen, in denen das Rennteam den größten Nutzen seiner Neo800-Drucker der nächsten Generation sieht, sind Windkanaltests, wie es weiter heißt. Denn das Team verwendet bereits 60 Prozent der Modelle im Originalmaßstab, um das aerodynamische Verhalten des ganzen Rennwagens zu optimieren und mehr Abtrieb zu erzielen, der den sogenannten Grip erhöht. Auch die aerodynamischen Belastungen auf der Vorder- und Rückseite des Boliden können so ausgeglichen werden.

Windkanaltests gelten demnach immer noch als unerlässlich, wenn es darum geht, zu beurteilen, wie alle Oberflächen zusammenwirken, was entweder an einer Baugruppe oder am kompletten Fahrzeug untersucht wird. Die 3D-Drucker der Neo-Serie hätten dabei geholfen, die Vorlaufzeiten für die aerodynamischen Windkanaltest-Komponenten und -Projekte drastisch zu verkürzen.

3D-Druck ist mehr als das Zünglein an der Waage

Der britische Formel-1-Rennstall muss außerdem festhalten, dass die präzisen Komponenten aus den Stratasys-Druckern nur eine minimale manuelle Nachbearbeitung erforderten, was einen wesentlich schnelleren Durchsatz im Windkanal ermögliche. Zusätzlich zum Vorteil der raschen Fertigung könne McLaren nun auch Windkanaltest-Bauteile mit höchster Genauigkeit bis ins Detail und sehr gutem Oberflächenfinish genießen. So konnten übrigens auch die Tests an sich verbessert und neue Ideen zur Leistungssteigerung gefunden werden, wie betont wird. Alles Vorteile, die mit Blick auf die kurzen Fristen für die Auslieferung der Rennwagen für den nächsten Lauf und auf kleinste Designanpassungen den Unterschied zwischen Sieg und Niederlage bestimmen können.

Anwendung

Autos – das wird 3D-gedruckt

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal MM Maschinenmarkt erschienen.

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