3D打印在F1賽車中扮演什么角色？

南極熊導讀：一級方程式賽車對性能和速度有著極端的要求，不僅駕駛員技能重要，汽車技術優(yōu)化同樣關鍵。3D打印技術自21世紀初引入以來，已成為賽車領域革命性的進步，使得生產輕質、高性能部件成為現(xiàn)實，并符合FIA的嚴格規(guī)定。

隨著技術的發(fā)展，F(xiàn)1車隊廣泛應用3D打印來制造復雜部件，并與3D打印企業(yè)合作。本文將探討3D打印在F1中的具體優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，以及它在這一高要求領域所預示的未來。準備好了嗎？讓我們一起深入了解一下。

△邁凱輪使用3D打印技術制造單座一級方程式車隊之一

頂級賽車隊轉向3D打印

紅牛車隊，自2022年連續(xù)獲得車隊冠軍，與Hexagon Manufacturing Intelligence合作長達18年。這種長期合作使紅牛能夠測試和采納創(chuàng)新技術，確保賽車的安全性和可靠性，并在賽道上將時間縮短至幾分之一秒。特別是，紅牛車隊利用數(shù)字孿生和模擬技術，在制造物理原型之前進行賽車的虛擬設計和測試。

△紅牛車隊使用數(shù)字孿生和模擬技術

邁凱倫F1車隊則使用20臺Stratasys 3D打印機每年生產超過9000個零件，這得益于3D打印技術在原型制作方面的應用。此外，紅牛與ROBOZE合作，共同對一級方程式賽車中關鍵部件的設計和生產流程進行了重新評估和改進。

Alpine車隊在過去的20多年里一直得到3D Systems的支持，擁有眾多SLA和LPBF機器。Alpine的ADM經理Pat Warner表示：“3D Systems是我們所有內部設備和材料的主要合作伙伴，并且我們會根據(jù)需要將這些設備和材料外包給其它公司?！?br />
因此，3D打印技術在F1中的應用正變得越來越廣泛。Pat Warner指出，前雷諾F1車隊早在1998年就購置了首臺3D打印機。然而，3D打印的重要性真正得到凸顯是在2010年代。

△采用FDM技術3D打印的MCL32單座賽車液壓管道支架

F1賽車采用了哪些具體應用的3D打印技術

在一級方程式賽車領域，3D打印技術以快速成型的能力脫穎而出，為車隊帶來了顯著優(yōu)勢。這項技術能夠加速設計、制造和測試新部件的過程，從而縮短創(chuàng)新開發(fā)周期。3D打印不僅限于制作原型，它也被用于生產直接集成到賽車中的功能部件。

在技術應用方面，熔融沉積建模（FDM）技術在一級方程式賽車的快速原型制作和樣品生產中得到了廣泛應用。特別是尼龍等聚合物材料，因機械性能而被頻繁選用。同時，高性能熱塑性塑料如PEKK和PEEK也十分受歡迎，它們的高耐熱性在極端溫度條件下尤為重要，在超過1000攝氏度的環(huán)境中工作的單座賽車部件尤其需要這種材料。

邁凱倫車隊在2014年為賽車引入了首個3D打印部件：一個使用FDM技術制造的發(fā)動機氣門蓋。隨后，車隊擴展了3D打印的應用，生產了用于將液壓管線連接到MCL32賽車的結構支架。這個支架采用FDM技術設計，由碳纖維增強尼龍制成，僅需四小時即可完成打印。

當然，F(xiàn)DM并非F1賽車中使用的唯一3D打印技術。Patrick Warner指出，立體光固化（SLA）技術廣泛應用于制造風洞測試的可見元素，車身和許多內部結構都是通過SLA和選擇性激光燒結（SLS）技術生產的。

△車隊配備3D打印車間

與FDM技術不同，SLA能夠制造出具有復雜幾何形狀和高細節(jié)水平的部件，通常能滿足特定要求。風洞測試每周需要通過增材制造生產600個部件，僅由五名專業(yè)工程師組成的團隊便能應對這一需求。Warner補充說：“傳統(tǒng)的制造方法無法滿足這一速度?！?br />
在F1中，使用粉末床的增材制造技術，如選擇性激光燒結（SLS）和直接金屬激光燒結（DMLS），也十分常見。例如，法拉利在2017年使用DMLS技術為賽車制造了空氣動力學元件。與FDM或SLA方法相比，粉末床熔合技術生產的3D打印部件具有多方面優(yōu)勢，包括能生產更多各向同性的部件，通常無需支撐結構，從而減少了后處理時間。常見的金屬部件包括排氣管、發(fā)動機組件和懸架。

△增材制造使Alpine F1車隊能夠優(yōu)化減震器彈簧的長度，同時在緊湊的空間內集成所有必要的功能

在F1賽事中使用3D打印的優(yōu)勢

增材制造技術在一級方程式賽車中具有顯著優(yōu)勢，尤其在減輕車輛重量和加快零件生產速度方面。輕量化部件可以提升賽車的整體性能，而3D打印的快速響應能力確保了在比賽中快速解決問題。

3D打印還提供設計上的靈活性，允許制造復雜的幾何結構，這是傳統(tǒng)制造技術難以實現(xiàn)的。它補充而非取代傳統(tǒng)制造方法，例如注塑成型，每種技術在特定應用中都有獨特優(yōu)勢。3D打印在制造復雜部件或快速原型方面尤為有用，而傳統(tǒng)方法則適用于大批量生產或高性能零件。

環(huán)保型一級方程式賽車

在環(huán)保領域，3D打印技術的應用與F1到2030年實現(xiàn)零排放的目標相契合。自2026年起，F(xiàn)1將實施重大變革，提高單座賽車的可持續(xù)性標準。邁凱倫車隊與Stratasys的合作便是一個例證，它們利用回收材料作為3D打印的原料，以減少生產過程中的浪費。

然而，將3D打印技術整合進F1賽車領域并非沒有挑戰(zhàn)。正如Pat Warner所述：“我們受限于國際汽聯(lián)制定的授權材料清單。雖然我們可以向FIA提議增加新材料，但必須得到所有成員的共識，這限制了我們的選擇范圍?！?br />