Stratasys为美国纳斯卡车赛打印“下一代”零件

在美国，纳斯卡车赛（NASCAR）是一项流行的汽车赛事。每年有超过1.5亿人次现场观众观看比赛，电视收视率甚至超过棒球、篮球和橄榄球等体育运动，因此有人称它为美国人的“F1”比赛。

 

如今，3D打印已经成为NASCAR的一项重要技术。近日，Stratasys公司与赛事组织方签订合作协议，为其研发中心提供最新的先进设备，确保他们的工程师始终使用打印设备。与此同时，多次获得冠军的Joe Gibbs车队也为其车间配备了Stratasys打印设备，用于制造车队在风洞和赛道上使用的测试零件。

 

 

Stratasys为NASCAR研发中心的新3D打印实验室提供了新的F370、450mc、F900和NEO800 打印机，使工作人员能够使用各种技术和材料生产测试零件。NASCAR还用3D打印技术为车队提供了一对标准化的通风口，这些通风口必须完全按照研发中心提供的方式直接从打印机中打印出来。

 

NASCAR研发中心外景

 

NASCAR执行副总裁兼首席赛车开发官John Probst表示：与Stratasys的合作使NASCAR能够前所未有地推动性能和精度的发展。他们的3D打印技术使我们能够快速迭代和优化部件，确保我们拥有最好的机器，在这个高风险的环境中保持领先地位。

 

研发中心一直在使用Stratasys的熔融沉积建模（FDM）设备，而Stratasys正在使用第二台 FDM打印机来加强这一能力。这些打印机生产标准化的NACA管道（一种埋进车身的进气口），由NASCAR提供给车队安装在中央传动轴隧道的地板上。它们由ULTEM 9085黑色材料制成，可将空气引入隧道，防止后置变速箱的热量向前传导，使驾驶室地板温度过高。

 

NASCAR研发中心3D打印实验室里的Stratasys 3D打印设备

 

他们还增加了一台Stratasys NEO立体光刻设备，用于生产空气动力学测试和原型设计所需的部件，以及生产部件所需的高精度模具。由于车队对零件的需求量很大，NASCAR已将打印驾驶舱进气口的工作外包给Stratasys Direct Manufacturing，使用H350 SAF打印机和植物基Nylon11材料进行生产。

 

NASCAR设计工程师Tim Murphy认为，Stratasys机器的一个关键优势是工程师可以使用移动应用程序监控打印过程。打印大型物品可能需要数小时甚至数天的时间，因此必须确保打印机没有耗尽长丝，或者如果打印机完成了一项工作则必须移除部件，以便立即开始下一个部件的打印。

 

通过智能手机应用程序，工程师可以监控打印机的工作进度。这样，工程师就可以使用 Stratasys应用程序查看每台机器的状态，而不必因为打印机停止工作而耽误时间，也不必浪费工程师在晚上和周末到车间查看工作进度的时间。

 

NASCAR研发中心内景

 

Joe Gibbs车队技术总监Matt Faulkner表示，车队多年来一直在打印许多零部件。NASCAR顶级杯赛的现行规定，主要使用现成的零部件，只能从指定的单一供应商处购买，以避免昂贵的开发战。但车队可以在某些参数范围内自由调整车身结构，为此，车队印制了许多部件用于风洞试验，虽然计算流体动力学建模似乎可以提供车队所需的答案，在允许的参数范围内调整车身，以获得最大下压力和/或最小阻力，但模型还不够好。

 

Faulkner说：我们做了大量工作，使模型尽可能完美，并作为在风洞中尝试的指南。我们发现，在风洞中实际尝试所有这些版本是无法替代的。各车队试图在规则范围内雕刻车身面板，同时确保它们与赛车所代表的量产车型保持某种模糊的相似性。但在各种开放定制的部件中，引擎盖上的热气抽排口被证明是最有成效的。

 

由于赛车队对零件的需求量很大，NASCAR将挡风玻璃空气导管的打印工作外包给 Stratasys

 

自2022年首次发布现行的Next Gen规则以来，赛车通过前部的格栅吸入空气，并通过引擎盖上的抽风管排出。JGR测试了约200种不同的通风口，结果发现变化范围之大令人震惊。这是因为，排出的空气正在引导汽车其他部分的气流。

 

测试不仅揭示了这一令人惊讶的变化，而且还表明，在某些引擎盖百叶窗设计中，从引擎盖下排出的空气被引向打开的侧窗，使驾驶员在车内更热。Faulkner回忆说：实际上，关闭车窗时的车内温度要比打开车窗时低，因为从右侧通风口出来的空气直接吹进了车内。

 

车队引擎盖上的碳纤维引擎盖通风口，采用3D打印部件进行设计测试，优化了底部长槽的空气转向功能

 

了解这一点的唯一方法是在风洞中测试物理部件，而快速生产多次迭代以了解气流的唯一方法是3D打印所有百叶窗。引擎盖包含两个百叶通风口，一个在右侧，一个在左侧。每个百叶窗都是由JGR的Stratasys F370打印机的3个3D打印部分粘合而成。这一点至关重要，因为除发动机罩的百叶窗之外，其他汽车的形状都是一样的，但你可以通过百叶窗本身做出很大的改变，并使指针移动。

 

他说，类似这样的进步是NASCAR经常看到代表同一制造商的赛车取得成功的原因，因为雪佛兰、福特和丰田车队共享所有这些车身部件。当一个品牌发现优势时，其他品牌的车队需要几场比赛才能发现并赶上。左侧和右侧的后视镜外壳也可以自由定制，车队会打印这些模型进行测试。据Faulkner称，这样就开发出了优化下压力的后视镜和阻力最小的后视镜。

 

用于变速箱冷却器的空气管道由Joe Gibbs车队打印

 

杯赛赛车后置变速箱的冷却气流管道也有待创新，因此JGR尝试使用3D打印部件进行改装。NASCAR曾一度发现车队将不允许的部件隐藏在车厢内的软管中。他们规定这些软管必须使用透明材料，以使可能藏在里面的任何东西都清晰可见。JGR的应对措施是使用透明材料打印新软管，立即解决了这一问题。据估计，杯赛赛车上总共有15到20个3D打印部件。

 

通过打印这些部件，团队可以比其他方式更快地测试和更换部件。Faulkner说：如果没有与Stratasys的合作关系，如果没有5台打印机快速打印的能力，即使是在周末到周日晚上，从运输和物流的角度来看，我们也不可能做到这一点。