News Lundi 29 mars 2021 - 09:38

La fabrication additive, la bonne formule pour la F1

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F1 Alfa Romeo

À l'occasion de la reprise du championnat de Formule 1 (F1) ce dimanche 28 mars, A3DM Magazine revient sur les applications de la fabrication additive dans ce sport mécanique. L'impression 3D permet de faciliter le prototypage, d'améliorer les performances, réduire les coûts et ainsi de donner une autre dimension au sport. Le 17 mars, Alfa Romeo annonçait avoir plus que doublé le nombre de pièces imprimées en 3D dans sa Formule 1. Présentation du rôle de la fabrication additive dans ce sport mécanique !

Alfa Romeo double son utilisation de la fabrication additive

L'écurie Alfa Romeo Racing ORLEN collabore depuis plusieurs années avec plusieurs acteurs de la fabrication additive. 3D Systems ou encore Additive Industries équipent le fabricant automobile en imprimantes 3D polymères et métalliques. L'année dernière, la C39, voiture en lice dans les championnats, comportait 139 pièces imprimées en 3D. 58 pièces en titane, 19 en alliage d'aluminium haute performance et 66 en AlSi10Mg, imprimées sur les quatre systèmes utilisant le procédé de fusion sur lit de poudre métallique MetalFAB1 disponibles chez Sauber Engineering. Parmi les pièces imprimées en 3D : des inserts de châssis, des conduites du circuit de refroidissement, en passant par les structures de sécurité, les carénages légers, l'installation de composants électroniques et les éléments de carrosserie, comme l'a confirmé le directeur technique Jan Monchaux. L'utilisation de la fabrication additive dans la production de ces pièces a permis de réduire le poids de la voiture de 2 %, ce qui est significatif en F1. Cette année, la C41 en compte plus du double. 301 pièces sont imprimées en 3D sur la nouvelle voiture, légèrement plus lourde que sa prédécesseure - 14 860 grammes contre 13 140 pour la C39. Les pièces ont été produites à partir d'AlSi10Mg (40 %) et de Scalmalloy (36 %) et dans une moindre mesure enTi64Gd23 (22 %) et acier inoxydable (2 %). L'utilisation du système de fabrication additive d'Additive Industries a permis à Sauber de réduire ses coûts de 90 %. Convaincus du potentiel de la technologie, les équipes de Sauber disposent de quatre MetalFab et douze imprimantes 3D polymères qui produisent 20 000 pièces par an.

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Alfa Romeo F1 Test

La F1 Alfa Romeo Racing ORTEN en test sur le circuit de Bahrein (Photo : Sauber Group)

William Racing accélère

L'écurie de Formule 1 William Racing a fait appel à la technologie de Nexa3D pour produire des pièces polymères personnalisées. L'imprimante 3D NXE400 sera notamment utilisée par l'équipe de course automobile pour produire des composants de soufflerie fonctionnels afin de tester l'aérodynamisme des véhicules. « Nous sommes extrêmement heureux d'annoncer notre partenariat avec Nexa3D et nous sommes impatients d'améliorer nos capacités de fabrication additive avec leurs technologies innovantes d'impression à haute vitesse. La Formule 1 est un environnement difficile qui exige une philosophie d’amélioration continue », a déclaré Al Peasland, responsable des partenariats techniques et d'innovation chez Williams Racing. Le procédé d'impression 3D SLA (stéréolithographie) développé par Nexa3D, connu pour sa vitesse de production, accélérera la fabrication de pièces légères.

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Pièces soufflerie

Pièces de soufflerie imprimées en 3D sur la NXE400 de Nexa3D (Photos : William Racing)

En 2017, sous le nom William Martini Racing, les équipes de son centre de recherche et de développement présentaient leur travail sur les ailerons en fibres de carbone avec les machines EOSINT P 390 et EOSINT P 760. « Les composites en fibre de carbone offrent des avantages de poids par rapport aux matériaux polymères utilisés en fabrication additive. Nous y mettons le prix pour profiter de ces avantages. Mais le coût en vaut la chandelle, notamment en Formule 1 où un millième de seconde peut faire la différence pour la pole position. Les composants fabriqués de manière additive se distinguent par leurs faibles coûts de production et leurs grandes stabilités. Ces qualités signifient que nous sommes en mesure de tester rapidement une variation de différents modèles à un faible coût », explique Richard Brady, chef de la fabrication numérique avancée, Williams Martini Racing.« Nous sommes fermement convaincus que la fabrication additive complète parfaitement nos processus de production et réduit considérablement nos cycles de développement de produits. La production de composants déflecteurs d'air à l'extérieur de la face avant a déjà été un succès impressionnant. Nous sommes très satisfaits du processus complet de la conception du prototype, de la fabrication elle-même et de la coopération avec EOS. »

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FW43B William Racing

La voiture F1 FW43B de William Racing (Photo : William Racing)

Une technologie pour « briser les règles »

La Fédération internationale de l'automobile (FIA) gère les plus importantes épreuves mondiales de course automobile. Elle réglemente notamment les courses et les voitures de Formule 1 (F1). Pour la saison 2021, « la fédération a exprimé le souhait de briser les règles », déclarait, en 2017, Nikolas Tombazis, responsable des questions techniques monoplaces de la FIA. Pour ce faire, la FIA a investi dans la recherche et le développement sur les véhicules. Des essais en soufflerie avec une maquette à l’échelle 50 % ont été effectués pour aider à confirmer les données produites par la recherche de la mécanique des fluides numérique (Computational Fluid Dynamics - CFD). Une maquette rendu possible grâce à la fabrication additive.

La fabrication additive utilisée depuis 1998

L’équipe de Formule 1 de Renault Sport collabore avec 3D Systems pour ses activités d'impression 3D. Elle s'était équipée d’une imprimante 3D en 1998 et possède, vingt ans après, un centre de production numérique avancée de plusieurs unités. Selon le fabricant, le procédé SLA permet de gagner du temps sur des pièces très précises, notamment en termes de prototypes fonctionnels, de coulée, de pièces optiquement nettes, de gabarits de soudage et de fixations, mais aussi « pour des pièces de bas à moyen volume normalement usinées en polypropylène ou en ABS, qui ne nécessite pas de réorganisation lente et coûteuse pour la personnalisation, ou dans le cas où un changement d’outillage est nécessaire. De plus, la SLA permet de réduire les coûts des matériaux, car la résine inutilisée reste dans la cuve pour des projets futurs ».  Les applications de la fabrication additive chez Renault F1 Team - renommé Alpine F1 Team pour la saison 2021 - sont diverses et incluent des prototypes de fonction et d’ajustement, l’outillage, les gabarits et le luminaire, le moulage, les composants d’essai de soufflerie (jusqu’à 600 pièces par semaine) et les composants de châssis.

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