Motorsport: Wenn additive Fertigung die Aerodynamik verbessert

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Die nächste Generation im Motorsport: Das Formula Student Team FST Lisboa aus Portugal nutzt 3D-Druck, um elektrische und selbstfahrende Rennwagen zu bauen.

• Im Motorsport sind die Anforderungen an die Werkstoffe besonders hoch: niedriges Gewicht, hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit sollen sie in sich vereinen.

• Das Formula Student Team FST Lisboa aus Portugal nutzt verschiedene 3D-Druck-Technologien, um mit entsprechend robusten Teilen elektrische und selbstfahrende Rennwagen der nächsten Generation zu bauen.

• Für ihre aktuellen Prototypen hat 3D-Druckspezialist Sintratec den Studierenden mehrere lasergesinterte Komponenten gesponsert.

Das Formula Student Team FST Lisboa wurde 2001 von weniger als zehn Studierenden gegründet und entwickelt seither Rennfahrzeuge, die in der ganzen Welt an den Start gehen. Heute arbeiten rund 60 portugiesische Studierende verschiedener Fachrichtungen hart an dem Projekt, vereint durch ihre gemeinsame Leidenschaft für Motorsport und Maschinenbau. Einer von ihnen ist Miguel Lourenço, Elektro- und Computertechnik-Student an der Universität Lissabon und technischer Leiter für elektrische Systeme bei FST. «Unsere Vision ist es, zu den Top 10 der elektrischen Teams in Europa zu gehören», sagt Miguel. Mit ihrem jüngsten Erfolg – einem 9. Platz aus 39 beim FS Germany 2019 Event – ist das Team motiviert, dieses Ziel auch in diesem Jahr zu erreichen.

Zwei ungewöhnliche Prototypen für den Motorsport

Im Jahr 2021 entwickeln die Studierenden zwei Rennwagen-Prototypen. Zum einen den FST10e: Ein neu konzipiertes Elektro-Rennauto mit dem Ziel, die Leistung des Vorgängers zu übertreffen und eine Top-10-Platzierung zu erreichen. Zum anderen den FST10d: Ein selbstfahrendes Fahrzeug auf Basis der Vorgängergeneration mit der Herausforderung, es zum autonomen Fahren zu befähigen und in allen dynamischen Disziplinen antreten zu lassen. Warum der Fokus auf diese Kategorien? «Wir sehen das elektrische, autonome Fahren als die Zukunft der Automobilindustrie», erklärt Miguel. Beide Rennboliden von FST Lisboa werden im August bei den Events Formula Student Germany und Formula Student Spain antreten.

3D-Druck für schnelles Prototyping

Mit zunehmender Popularität von 3D-Druck-Technologien begannen auch die Ingenieure von FST Lisboa diese in ihren Konstruktionsprozess einzubeziehen – allerdings aufgrund von Budgetbeschränkungen meist limitiert auf Fused Deposition Modeling-Drucker (FDM). «Das Team nutzt den 3D-Druck für alle Anwendungen, bei denen ein schnelles Prototyping erforderlich ist oder bei denen komplexe Formen mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer herzustellen sind», sagt Miguel. Einige Beispiele sind Behälter, Rohre, Hülsen, Formen und verschiedene Werkzeuge für ihre Werkstatt. Die Zerbrechlichkeit von FDM-Prototypen, sowie Ungenauigkeiten im Design und Größenbeschränkungen, motivierten die Studierenden, nach anderen additiven Technologien zu suchen, die für Endverbrauchsteile geeignet sind.

Hohe Materialanforderungen im Motorsport

Geringe Dichte, niedriges Gewicht, Wasserdichtigkeit, hohe Festigkeit und, für Teile des Antriebsstrangs, spezifische Temperatur- und Isolationswerte: Angesichts der Geschwindigkeiten und der daraus resultierenden Kräfte sind die Materialanforderungen für Rennwagenkomponenten offensichtlich hoch. Selektives Lasersintern (SLS) – ein Verfahren, bei dem ein Laser Partikel eines Pulverbetts miteinander verschmilzt – ist eine der wenigen 3D-Drucktechnologien, die diese Anforderungen erfüllen können. Auf der Suche nach Unterstützung wandten sich die Studenten an Sintratec. Daraufhin wurden mehrere Komponenten der beiden FST-Autos auf dem Sintratec S2-System mit stabilem PA12-Material 3D-gedruckt und dem Team gesponsert.

Bessere Aerodynamik durch SLS

Die Sintratec-Technologie wird in beiden Fahrzeugen für Elektronikbehälter, Kamera- und Displayhalter sowie für Kanäle des Kühlsystems eingesetzt. Da SLS hochkomplexe Geometrien zulässt und keine Stützstrukturen benötigt, waren die Studenten besonders frei in ihrem Designprozess. Für Miguel wurde neben dem geringen Gewicht und der Robustheit ein weiterer Vorteil deutlich: «Die SLS-Technologie machte vor allem bei den Kühlkomponenten einen Unterschied, da die Teile eine exzellente Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, was die gesamte aerodynamische Performance dieser Bereiche verbessert», betont er. Kurz nachdem die gesinterten Nylon-Teile in beide Fahrzeuge verbaut wurden, waren die Autos bereit für die Tests.

Bereit zum Start

Ende Mai rollte das FST-Team seine zwei Prototypen erfolgreich aus. Miguel ist von der Sintratec-Technologie überzeugt: «Selektives Lasersintern hat definitiv einen Platz in der Zukunft, vor allem in der Automobilindustrie», sagt er. Da das Verfahren im Vergleich zu konventionellen Fertigungsmethoden weniger Ausschussmaterial produziert, ist es auch eine nachhaltigere Option. Und was sagt er zur Partnerschaft mit Sintratec? «Trotz der Entfernung zwischen unseren Ländern -- Portugal und der Schweiz -- fühlte sich die Beziehung professionell und nah an, und das zeigt sich in den Ergebnissen», fasst Miguel zusammen. Ergebnisse, die sich hoffentlich in den Leistungen von FST Lisboa bei den kommenden Studentenwettbewerben widerspiegeln werden.

Bild oben: Für die Endanwendung vorgesehen: Lasergesinterte Teile werden direkt in die Rennwagen von FST Lisboa eingebaut. Bildquelle: FST Lisboa

Weitere Informationen: https://sintratec.com/ und https://fstlisboa.com/en/home-en/

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