¿Cuál es el papel de la fabricación aditiva en la Fórmula 1?

La Fórmula 1, el deporte automovilístico por excelencia, es un campo exigente donde la búsqueda del rendimiento y la velocidad es esencial. Pero detrás de cada sensación ofrecida a los espectadores, cada fracción de segundo cuenta. Además, el rendimiento no solo se basa en las habilidades del piloto, sino también en la optimización técnica del automóvil. En el centro de esta búsqueda constante, la impresión 3D se ha impuesto como una tecnología revolucionaria. Los coches de los últimos años ilustran bien este avance, utilizando cada vez más la impresión 3D para maximizar su rendimiento. Introducida en el automovilismo a principios de la década de 2000, la fabricación aditiva permite crear piezas ligeras y de alto rendimiento, respetando al mismo tiempo las estrictas regulaciones de la FIA (Federación Internacional del Automóvil).

La Fórmula 1 sigue evolucionando, adoptando métodos de prototipado rápido y producción de piezas complejas gracias a la impresión 3D. Los equipos de F1 la integran cada vez más. A lo largo de los años, se han establecido asociaciones entre las escuderías y los pioneros de la impresión 3D. ¿Cuáles son los usos concretos de la impresión 3D en la Fórmula 1? ¿Qué ventajas y retos presenta esta tecnología? Y ¿qué perspectivas de futuro ofrece en este ámbito tan exigente? Abróchate los cinturones y descúbrelo en este artículo.

McLaren es una de las escuderías que más utiliza la impresión 3D para sus monoplazas (créditos: Stratasys)

Las escuderías que recurren a la impresión 3D

El automovilismo es conocido por su constante innovación y la Fórmula 1 a menudo está a la vanguardia de las nuevas tecnologías. De hecho, la impresión 3D asegura el desarrollo de los coches de Fórmula 1, con equipos que recurren cada vez más a los líderes de esta tecnología para optimizar su rendimiento. Algunos ejemplos: Red Bull Racing, Campeón Mundial de Constructores desde 2022, colabora con Hexagon Manufacturing Intelligence desde hace 18 años. Esta asociación permitió al equipo probar y adoptar tecnologías innovadoras a la vez que garantizaban la seguridad y fiabilidad de sus coches, ganando fracciones de segundo en el circuito. Red Bull Racing utiliza, entre otras cosas, gemelos digitales y simulaciones para diseñar y probar virtualmente sus coches antes de crear prototipos físicos.

McLaren F1 Racing utiliza 20 impresoras 3D Stratasys para producir más de 9.000 piezas al año, aprovechando la impresión 3D para crear prototipos. Visa Cash App RB también ha colaborado con ROBOZE para repensar el diseño y la producción de componentes esenciales para sus monoplazas. Por su parte, Alpine cuenta con el apoyo de 3D Systems desde hace más de 20 años, disponiendo de numerosas máquinas SLA y LPBF. Pat Warner, ADM Manager en Alpine, explica: «3D Systems es nuestro socio principal para todos nuestros equipos y materiales internos, que luego subcontratamos a diversas empresas según sea necesario».

Por lo tanto, el uso de la impresión 3D en la Fórmula 1, aunque está presente desde hace algún tiempo, se está generalizando cada vez más. Según Pat Warner, el antiguo equipo de Fórmula 1 Renault F1 Team había adquirido su primera impresora 3D en 1998. Sin embargo, la importancia de la impresión 3D realmente ha aumentado durante la década de 2010.

¿Cuáles son las tecnologías de fabricación aditiva utilizadas en la Fórmula 1 y cómo se aprovechan?

En el ámbito de las aplicaciones, la impresión 3D destaca por su eficiencia en la creación rápida de prototipos, una característica especialmente beneficiosa para los equipos de Fórmula 1. Esta tecnología permite diseñar, fabricar y probar nuevas piezas, acelerando así el ciclo de desarrollo de la innovación. Además, la impresión 3D no es solo para prototipos: también se utiliza para producir componentes funcionales que se integran directamente en los vehículos de carreras.

En cuanto a las tecnologías que se utilizan, el modelado por deposición fundida (FDM) es la más utilizada para el prototipado rápido y la producción de muestras en Fórmula 1. Los polímeros, especialmente el nylon, se elige con frecuencia debido a sus propiedades mecánicas. Además, los termoplásticos de alto rendimiento como el PEKK y el PEEK son de uso común. Estos materiales son privilegiados por su alta resistencia al calor, esencial en un entorno donde las temperaturas pueden superar los 1.000 grados, como suele ser el caso de algunas partes de un monoplaza. En 2014, McLaren innovó introduciendo la primera pieza impresa en 3D para sus coches de carreras: una tapa de válvula para el motor, fabricada gracias a la tecnología FDM. Más tarde, la escudería amplió su uso de la impresión 3D produciendo un soporte estructural para fijar la conducción hidráulica en el coche de carreras MCL32. Este soporte, diseñado con tecnología FDM y fabricado en nylon reforzado con fibra de carbono, se imprimió en solo cuatro horas.

El soporte de conducción hidráulico impreso en 3D para el monoplaza MCL32 gracias a la tecnología FDM (créditos: McLaren)

«La estereolitografía (SLA) se utiliza ampliamente para fabricar los elementos visibles de nuestro túnel de viento en Alpine», dice Pat Warner. “Tanto la carrocería como muchas estructuras internas se producen con las tecnologías SLA y SLS». A diferencia de la tecnología FDM, el SLA permite realizar piezas con geometrías complejas y un alto nivel de detalle, respondiendo a menudo a exigencias específicas. Patrick Warner señala que las pruebas en el túnel de viento requieren la fabricación de 600 piezas por semana a través de la fabricación aditiva, un volumen que solo un equipo de cinco ingenieros especializados puede garantizar. Precisa: “Los métodos de fabricación tradicionales no podrían satisfacer esta demanda».

Las tecnologías de fabricación aditiva que utilizan un lecho de polvo, como el sinterizado selectivo por láser (SLS) y la fusión láser por lecho de polvo (L-PBF), se utilizan comúnmente en la Fórmula 1. Por ejemplo, en 2017 Ferrari utilizó la tecnología L-PBF para crear un elemento aerodinámico para su coche. A diferencia de los métodos FDM o SLA, la impresión 3D basada en la fusión láser por lecho de polvo tiene varias ventajas, como la capacidad de producir piezas más isotrópicas, a menudo sin la necesidad de estructuras de soporte, lo que reduce el tiempo de postratamiento. Las piezas metálicas fabricadas suelen incluir escapes, componentes del motor y suspensiones.

¿Cuáles son las ventajas de la fabricación aditiva en la Fórmula 1?

La fabricación aditiva tiene muchas ventajas sobre los métodos de fabricación tradicionales, especialmente en la Fórmula 1, donde los requisitos son particularmente altos. En Fórmula 1, una de las prioridades es disminuir el peso de los vehículos, lo que se traduce en una serie de mejoras: aceleración más rápida, mayor velocidad máxima, mejor maniobrabilidad, frenado más eficiente, menor consumo de combustible y menor carga de los neumáticos. La impresión 3D resulta ser una solución ideal para lograr este objetivo, permitiendo la fabricación de componentes más ligeros. La velocidad de producción de las piezas también es importante para mantener la competitividad. Si una pieza se rompe o necesita ser modificada urgentemente durante una carrera, la impresión 3D ofrece una solución inmediata. Permite diseñar, producir e instalar piezas en un tiempo récord, ayudando a los equipos a resolver rápidamente los problemas en el circuito o incorporar mejoras para las siguientes carreras.

También ofrece una gran flexibilidad de diseño. Los ingenieros pueden experimentar con geometrías complejas y materiales innovadores sin las limitaciones de los métodos de fabricación tradicionales, como el moldeo o el mecanizado. Es posible crear componentes con estructuras internas complejas, como celosías o estructuras de nido de abeja, que son imposibles de realizar con los métodos tradicionales.

La fabricación aditiva ha permitido a Alpine F1 Team optimizar la longitud de los muelles de amortiguación integrando todas las funcionalidades necesarias en un espacio compacto (créditos: 3D Systems)

Aunque la fabricación aditiva ofrece muchas ventajas, no sustituye a los métodos de fabricación tradicionales, sino que los complementa. De hecho, la sinergia entre las dos técnicas puede optimizar en gran medida el proceso de producción. Por ejemplo, las piezas esenciales o que requieren una gran resistencia se pueden producir por métodos clásicos, mientras que la impresión 3D se puede utilizar para componentes complejos o para prototipos rápidos. Esto permite aprovechar las ventajas específicas de cada técnica. Por ejemplo, para las piezas de plástico, el moldeo por inyección sigue siendo a menudo el método preferido debido a su madurez tecnológica y a la variedad de materiales que ofrece. Sin embargo, la impresión 3D tiene una ventaja distintiva: no requiere moldes, lo que facilita la creación de piezas complejas. A menudo, es el propio molde el que se fabrica mediante impresión 3D antes de proceder al mecanizado de la pieza final. Como señala Pat Warner: «La fabricación aditiva no sustituye al moldeo por inyección ni al mecanizado, sino que es una herramienta adicional en el arsenal de producción. Cada tecnología tiene su papel y se armoniza para conseguir la pieza deseada».

¿Hacia una Fórmula 1 más ecológica?

En términos ambientales, la creciente adopción de la impresión 3D es parte del objetivo de la Fórmula 1 de lograr cero emisiones para 2030. También se implementarán cambios significativos a partir de 2026, incluyendo requisitos de durabilidad en los monoplazas. McLaren ilustra esta tendencia a través de su asociación con Stratasys, utilizando materiales reciclados, como filamentos, para reducir los residuos. Sin embargo, la integración de la impresión 3D en la Fórmula 1 no está exenta de desafíos. Pat Warner explica: «Disponemos de una lista de materiales autorizados para el coche, elaborada por la FIA. Aunque podemos proponer la adición de nuevos materiales a esa lista, esto requiere el acuerdo de todos los miembros. Como resultado, nuestras opciones son algo limitadas».

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*Créditos de la foto de portada: Ferrari