Die Formel 1 ist ein Ausdauersport für Ingenieure und wird getrieben durch unaufhörliche Innovation. Die Teams arbeiten unermüdlich daran, stets neue Spitzenleistungen zu erreichen. Das Renault Sport Formula One Team ist in dieser Hinsicht nicht anders. Die Forschungs- und Entwicklungsmaschine hält niemals an und der technische Partner trägt entscheidend dazu bei, dass das Unternehmen seine Ziele erreicht.

 

3D-Druck hilft dem Formel 1-Team Renault Sport, seine F&E-Tätigkeiten anzukurbeln

„Bei jedem Rennen werden neue Komponenten aus komplexen Verbundstoffen und Legierungen aus der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, nachdem sie ein strenges Auswahlverfahren in den Forschungs- und Entwicklungs- sowie in den Simulationslaboren bestanden haben“, erklärt der technische Direktor von Renault Sport Formula One, Nick Chester. „Am Ende einer Rennsaison erwarten wir, dass unser Wagen mindestens um eine Sekunde schnellere Rundenzeiten fährt als zu Beginn, und unsere technischen Partner müssen dasselbe erbarmungslose Auswahlverfahren bestehen. Wir brauchen keine Partner, die uns nicht weiterbringen in unserem Streben nach Leistung.“

Um dem Anspruch auf ständige Innovationen gerecht zu werden, entschied sich das Renault Sport Formula One Team für die aktive Zusammenarbeit mit 3D Systems und dessen umfassendes Angebot an 3D-Druck-Technologien und -Expertise.

Partner in Forschung und Entwicklung

Das Renault Sport Formula One Team mit Sitz in Enstone, Vereinigtes Königreich, setzt die Technologien von 3D Systems seit 1998 in seinem Kerngeschäft ein. Als frühzeitiger Anwender des 3D-Drucks für die Erstellung von Prototypen hat das Rennteam die Entwicklung der Technologie selbst verfolgt. Zu den ersten Anwendungen gehörten die Verifizierung von Funktion und Passgenauigkeit des Designs sowie Vorrichtungen für eine präzise Montage. Im Rahmen der Partnerschaft zwischen den beiden Unternehmen halfen die Anwendungstechniker von 3D Systems dem Renault Sport Formula One Team, die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten, Materialien und Methoden zu verstehen und zu nutzen. Die Fähigkeit des Teams, den wachsenden Herausforderungen in der Windkanalanlage zu begegnen, ist ein Beweis für die positiven Auswirkungen der Partnerschaft mit 3D Systems - genau wie neue Innovationen bei Autoteilen durch 3D-Druck für den Feinguss und Untersuchungen im Direktmetalldruck (Direct Metal Printing, DMP).

„Die Unterstützung, die unser Team von 3D Systems erhalten hat, hat sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt“, sagt Chester. „Rückblickend kann man sagen, dass das Team im Zuge der Verbesserung der Materialeigenschaften die Anwendung von schnellen Materialien unablässig auf immer weitere technische Herausforderungen ausgedehnt hat. Die Anzahl der mit additiver Fertigung produzierten Fahrzeugteile wächst von Jahr zu Jahr, was für das Team erhebliche Vorteile in Bezug auf die Designvielfalt und die Reduzierung der Produktionszeiten und -kosten mit sich bringt.“

Zurzeit sind beim Renault Sport Formula One Team sechs Stereolithografie-Drucker (SLA) und drei Anlagen für selektives Lasersintern (SLS) von 3D Systems im Einsatz. Die Materialien reichen von der Accura®-Reihe für den Bau von Vorrichtungen, Flüssigkeitsströmungsanlagen, Feingussmodellen und Windkanalteilen bis zu DuraForm® PA und DuraForm GF für Teile, die am Fahrzeug selbst verwendet werden, wie z. B. Schaltkästen und Kühlkanäle. Die Partnerschaft zwischen dem Renault Sport Formula One Team und 3D Systems führt zu einer besseren Leistung auf und abseits der Rennstrecke – von der Abstimmung der Materialien bis hin zur Arbeit an Konstruktionen für mehr Effizienz.

Leistungsfähiger 3D-Druck mit 3D Systems eröffnet neue Forschungs- und Entwicklungsmöglichkeiten beim Renault Sport Formula One Team
Dank SLA von 3D Systems kann Renault Sport Formula One rasch auf technische Herausforderungen reagieren.

Ein sich täglich ändernder Rennwagen

Um Regeländerungen und F&E-Ergebnisse zur Verbesserung der Fahrzeugleistung umzusetzen, entwirft und baut das Renault Sport Formula One Team jedes Jahr ein neues Auto. So schrieb das Formel-1-Reglement für 2017 z. B. größere und schwerere Reifen, einen breiteren Frontflügel, einen niedrigeren und breiteren Heckflügel und einen höheren Diffusor vor, sodass 2017 kein einziges Teil aus 2016 wiederverwendet werden konnte. Mit Beginn der Rennsaison nimmt der Druck weiter an Fahrt auf: Manchmal bleibt nur eine Woche Zeit zwischen den Rennen, um technische Änderungen vorzunehmen. Von speziell gebauten Rennstrecken bis hin zu holprigen und kurvenreichen Straßenkursen stellt jedes Rennen die Ingenieure vor eigene Herausforderungen in Bezug auf Architektur, Wetterverhältnisse und Belag.

Das Team ist bei der Vorbereitung auf die einzigartigen Herausforderungen jeder Rennstrecke pausenlos im Einsatz und nutzt die kurzen Stillstandszeiten zwischen den Rennen, um die Ergebnisse seiner Forschung an Fahrzeugen und Ausrüstung umzusetzen. Es ist praktisch unübersehbar, wie durch Tempo und Genauigkeit des 3D-Drucks ein Mehrwert in diesem Entwicklungswettlauf geschaffen werden kann. „Das Auto entwickelt sich während der Rennsaison täglich weiter“, so Patrick Warner, Advanced Digital Manufacturing Manager beim Renault Sport Formula One Team. „Wir brauchen auf jeder Rennstrecke neue Komponenten - die Vorteile der additiven Fertigung werden zunehmend relevanter.“

Leistungsfähiger 3D-Druck mit 3D Systems eröffnet neue Forschungs- und Entwicklungsmöglichkeiten beim Renault Sport Formula One Team
3D-gedruckte Feingussmodelle beschleunigen den Zugang zu großen, hochkomplexen Metallteilen.

Schnelle Designvalidierung

Von Anfang an erwies sich der 3D-Druck für den schnellen Prototypenbau als nützliche Fähigkeit in einem Sport, bei dem die einzelnen Bauteile des Rennwagens – durch die aerodynamische Oberflächenverkleidung eingeschränkt – sehr gedrängt angeordnet sind. Die Aerodynamiker von Renault Sport Formula One erfassten das Potenzial der 3D-Drucktechnologie für Passform- und Funktionstests sofort, da sie erkannten, welch hochkomplexe Komponenten sich mit den Maschinen von 3D Systems fertigen lassen. Diese Erkenntnis führte dazu, dass die 3D-Technologie zunehmend eingesetzt wurde - von der schnellen Erstellung von Prototypen bis hin zur Fertigung von Windkanalmodellen.

„Bei Windkanalversuchen ist die Aerodynamik eine empirische Wissenschaft“, sagt Warner. „Wir entwerfen und vergleichen neue Ideen und wählen Richtungen, denen wir folgen wollen. Je mehr Ideen wir abgleichen und bewerten können, desto erfolgreicher werden wir in den Rennen abschneiden.“ In Bezug auf Teilequalität, Maschinenverfügbarkeit und Durchsatz ist die SLA von 3D Systems für die Produktivität des Rennteams außerordentlich wertvoll.

Aerodynamik durch Windkanalwachstum vorantreiben

Die Abteilung Aerodynamik bei Renault Sport Formula One ist in den letzten Jahren deutlich gewachsen und umfasst nun 120 Mitarbeiter, darunter Aerodynamiker, Windkanaltechniker und Modellbauer. Ein großer Teil dieses Wachstums wurde laut Warner durch den verstärkten Einsatz der additiven Fertigungstechnologien von 3D Systems gefördert. Als Beispiel für den großen Nutzen der Technologie von 3D Systems nennt er die Fähigkeit, komplexe interne Kanäle in das Design von Windkanal-Testmodellen zu integrieren, und die dadurch geschaffene Möglichkeit, mehr Druckmessungen vorzunehmen.

„Das Automodell im Windkanal ist mit einem komplexen Netzwerk aus Drucksensoren überzogen“, erläutert Warner. „Bevor SLA-Technologien verfügbar waren, positionierten wir diese Sensoren per Bohrung in Metall- und Glasfaserbauteile. Wir sind jetzt in der Lage, komplexe Vollkörper mit ausgeklügelten internen Zuleitungen herzustellen. Dies hat unsere Fähigkeit revolutioniert, Sensoren genauer und in höherer Zahl zu platzieren. Der Traum jedes Aerodynamikers ist wahr geworden.“

Warner schätzt, dass allein für die Windkanaltests eine Produktion von 600 zusätzlich hergestellten Teilen pro Woche erforderlich ist; diese übernimmt ein Team aus 5 Ingenieuren im Advanced Digital Manufacturing (ADM).

„Mit einer konventionellen Vorgehensweise könnten wir das nicht annähernd erreichen“, stellt Warner fest. „Wir bräuchten eine Maschinenfabrik in Kleinstadtgröße. Dank 3D Systems haben wir alles an einem Ort. 3D Systems hat die Ausrüstung und die Materialien, die wir brauchen. Außerdem verfügen die Anwendungsingenieure von 3D Systems über das nötige Know-how und sind sofort zur Stelle.“

Leistungsfähiger 3D-Druck mit 3D Systems eröffnet neue Forschungs- und Entwicklungsmöglichkeiten beim Renault Sport Formula One Team
Die Partnerschaft mit 3D Systems ermöglicht Innovationen bei Autoteilen durch das Experimentieren mit den unzähligen Möglichkeiten des Direktmetalldrucks (DMP).

Fertigungsgeschwindigkeit und Präzision für Autoteile

Aufgrund der Produktivität und Effizienz des 3D-Drucks kann das Renault Sport Formula One Team viel besser auf die Herausforderungen durch ständig neue Rennumgebungen reagieren. Dank SLA und SLS lassen sich komplexe Vorrichtungen, Flüssigkeitsströmungsanlagen und Fahrzeugkomponenten in Stunden statt Wochen fertigen, was 3D-Technologien zur idealen Wahl für die logistischen Ansprüche des Formel-1-Rennsports macht.

Zusätzlich zu den riesigen Mengen an Komponenten, die jeden Monat im Windkanal getestet werden, baut Renault Sport Formula One eine Reihe von Rennwagenteilen direkt. „Die Technologien von 3D Systems haben einen effektiven neuen Herstellungsprozess ermöglicht, mit dem wir sowohl die Zykluszeiten als auch die Kosten senken und dem Team von unschätzbarem Nutzen sein können“, sagt Rob White, Chief Operating Officer bei Renault Sport Formula One. „Einerseits genießen wir die Möglichkeit, das gleiche Teil wieder und wieder im Windkanal testen zu können. Andererseits erleben wir, dass die Zahl der gesinterten Komponenten im eigentlichen Fahrzeug jedes Jahr wächst.

Der 3D-Druck hat dem Team geholfen, leichtere Teile zu entwickeln, die die Geschwindigkeit und die Kraftstoffeffizienz steigern, aber auch genaue und aussagekräftige Strömungstests für eine bessere Motorleistung und geringeren Verschleiß durchzuführen. Sobald ein Entwurf fertiggestellt ist, wird er zusammen mit der Materialauswahl zur Produktion an die ADM-Abteilung des Teams geschickt. Mit SLA und SLS können anspruchsvolle Fahrzeugkomponenten rasanter als je zuvor gefertigt werden, und es kommt vor, dass das Teil schon prüfbereit ist, bevor die Zeichnung das System überhaupt durchlaufen hat.

3D-gedruckte Feingussmodelle unter Verwendung von SLA gewinnen in Enstone auch für Anwendungen wie Getriebe- oder Federungskomponenten an Zugkraft. Dadurch können die Ingenieure des Teams nun, nachdem die Beschränkungen der zulässigen Komplexität aufgehoben wurden, bei der Teilekonstruktion kreativer vorgehen. Da der SLA-Prozess sehr präzise ist, lässt sich sowohl bei der Frontend-Modellherstellung als auch bei der Backend-Probenbearbeitung für das fertige Gussteil Zeit sparen.

Neue Entwicklungspfade

Dank der Vorteile der Technologien, des Know-hows und der Services von 3D Systems kann das Renault Sport Formula Team seine unternehmenskritischen Anforderungen, wie Innovation, Produktivität sowie verbesserte Genauigkeit und Präzision, bestens erfüllen. Für Bob Bell, Chief Technology Officer beim Renault Sport Formula One Team, ist 3D Systems mehr als ein Technologielieferant: Die beiden Unternehmen haben eine echte Partnerschaft, die Ergebnisse liefert und enormes Potenzial für die Zukunft bietet.

„Unsere Partnerschaft mit 3D Systems hat uns in den letzten 20 Jahren produktiver und effizienter gemacht“, berichtet Bell. „Sie hat uns neue Pfade in Sachen Entwicklung und Nutzung eröffnet, von denen ich erwarte, dass sie in Zukunft noch stärker ausgebaut werden".