福特汽車對3D打印F1賽車部件進行航空級測試

福特汽車公司是一家成立于 1903 年的全球汽車制造商，目前正為 20 年來首次參加一級方程式賽車比賽做準備。正式比賽將于 2026 年開始，但通過與紅牛動力總成公司（紅牛車隊 F1 動力裝置的工程部門）的合作，開發(fā)工作正在順利進行中。

南極熊獲悉，福特的增材制造實驗室已經(jīng)生產(chǎn)出 1,000 多個 3D 打印部件，這些部件利用了從航空航天領(lǐng)域借鑒的測試方法。

這些 3D 打印部件中的一些，包括電池的冷卻板和其他系統(tǒng)的冷卻板，將用于福特為即將到來的賽車賽季開發(fā)的內(nèi)燃機和混合動力技術(shù)。工程師依靠該公司長達一個世紀的制造專業(yè)知識來設(shè)計用于高應力條件的零件。從電池開發(fā)團隊到熱系統(tǒng)專家，跨部門的支持為改進每個設(shè)計提供了至關(guān)重要的知識。

有效的測試協(xié)議彌補了增材制造與實際性能之間的差距。福特的增材制造小組通過 3D 掃描測量機械強度、硬度和精確幾何形狀。然后，無損評估專家使用 X 射線和 CT 掃描生成數(shù)字模型，揭示使用傳統(tǒng)檢查工具無法發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

每個組件都會在產(chǎn)品開發(fā)中心的計量實驗室接受進一步檢查，最終檢查將確認尺寸的準確性。福特與紅牛動力系統(tǒng)增材制造合作的負責人 Keith Ferrell 指出，每一步都確保賽車部件能夠承受高速和高溫。“我們正在吸引所有這些擁有這些專業(yè)領(lǐng)域的福特團隊來協(xié)助這一項目，”Hertrich 補充道，強調(diào)了福特 F1 努力背后的廣泛合作。

許多新零件不僅僅是緊固件等簡單物品。福特高性能賽車動力系統(tǒng)經(jīng)理 ChristianHertrich 說道：“它們不是螺母和螺栓之類的簡單物品，這些是經(jīng)過極端測試的復雜金屬和聚合物零件，因此它們可以承受平均時速 200 英里的比賽�！�

△3D打印汽車金屬零部件

通過賽車測試獲得的經(jīng)驗教訓已指導福特消費汽車系列的改進。F-150 項目的工程師最近發(fā)現(xiàn)了車頭燈膠水溢出問題——盡管采用傳統(tǒng)檢查方法，但這一難以發(fā)現(xiàn)的缺陷已持續(xù)數(shù)月。通過采用針對賽車部件改進的先進掃描程序，無損工程團隊在一天之內(nèi)就查明了問題所在，避免了昂貴的維修和客戶投訴。

△福特性能與 Redbull Powertrain 展開全新合作。照片來自福特。

3D 打印在 F1 賽車性能提升中發(fā)揮的作用

英國一級方程式車隊邁凱倫車隊目前使用五臺 Stratasys SLA 3D 打印機每年生產(chǎn)多達 9,000 個 3D 打印部件。這些機器制造前后翼組件、側(cè)面車身和比例風洞模型。風洞測試對于改進空氣動力學裝置仍然至關(guān)重要，邁凱倫的增材制造團隊報告稱，3D打印使得零件生產(chǎn)時間顯著縮短。

法拉利車隊是一級方程式賽車歷史上最成功的車隊，他們已將 3D 打印用于空氣動力學和動力系統(tǒng)應用。工程師使用 3D 打印的傳感器支架來分析前翼性能，固定激光行駛高度傳感器以測量比賽條件下的運動。這些支架由尼龍基聚合物制成，采用選擇性激光燒結(jié) (SLS) 或多噴射熔合 (MJF)，這兩種增材制造工藝能夠生產(chǎn)出具有精細細節(jié)的抗沖擊組件。

△安裝在 2022 年法拉利車隊一級方程式賽車前部的 3D 打印傳感器支架。照片來自 Andrew Cunningham。