Che ruolo ha la produzione additiva nella Formula 1?
La Formula 1, come sappiamo bene noi italiani, è l’evento automobilistico internazionale per eccellenza. Per le case in gara, la ricerca continua delle migliori tecnologie è fondamentale per massimizzare le prestazioni e la velocità dei propri veicoli. Perché nella Formula 1 ogni frazione di secondo conta. Le prestazioni non si basano solo sulle capacità del pilota, ma anche sull’ottimizzazione tecnica della vettura. Al centro di questa costante ricerca, la stampa 3D è stata per questo settore una tecnologia rivoluzionaria. Le auto progettate negli ultimi anni hanno fatto sempre più uso della stampa 3D per massimizzare le loro prestazioni. Introdotta negli sport motoristici all’inizio degli anni 2000, la manifattura additiva consente di creare parti leggere e ad alte prestazioni, nel rispetto delle rigide normative della FIA (Federazione Internazionale dell’Automobile)
La Formula 1 è in continua evoluzione, adotta metodi di prototipazione rapida e produce parti complesse utilizzando la stampa 3D. I team della F1 stanno adottando sempre più questa tecnologia. Nel corso degli anni, sono state istituite partnership tra i team e i pionieri della stampa 3D. Quali sono gli usi pratici della stampa 3D nella Formula 1? Quali vantaggi e quali sfide presenta questa tecnologia? E quali prospettive future offre in questo settore così esigente? Allacciate le cinture di sicurezza e scopritelo in questo articolo.
Mclaren è uno dei team che fa un uso più frequente della stampa 3D per le sue monoposto (Crediti fotografici: Stratasys)
Le scuderie si rivolgono alla stampa 3D
Il motorsport è noto per la sua costante ricerca verso l’innovazione e la Formula 1 è spesso all’avanguardia per quanta riguarda nuove tecnologie. In effetti, la stampa 3D sta guidando lo sviluppo delle auto di Formula 1 e i team si rivolgono sempre più ai leader di questa tecnologia per ottimizzare le loro prestazioni. Ecco alcuni esempi: la Red Bull Racing, campione del mondo dal 2022, collabora con Hexagon Manufacturing Intelligence da 18 anni. Questa partnership ha permesso al team di testare e adottare tecnologie innovative, garantendo al contempo la sicurezza e l’affidabilità delle sue auto, con un risparmio di frazioni di secondo in pista. In particolare, Red Bull Racing utilizza gemelli digitali e simulazioni per progettare e testare virtualmente le proprie auto prima di creare prototipi fisici.
McLaren F1 Racing utilizza 20 stampanti 3D Stratasys per produrre oltre 9.000 parti all’anno, sfruttando la stampa 3D per creare prototipi. Anche Visa Cash App RB ha collaborato con ROBOZE per ripensare la progettazione e la produzione di componenti chiave per le sue monoposto. Da parte sua, Alpine ha beneficiato del supporto di 3D Systems per oltre 20 anni, con numerose macchine SLA e LPBF a sua disposizione. Pat Warner, ADM Manager di Alpine, spiega: “3D Systems è il nostro partner principale per tutte le attrezzature e i materiali interni, che poi esternalizziamo a varie aziende a seconda delle necessità”. L’uso della stampa 3D in Formula 1, sebbene esista da tempo, sta diventando sempre più frequente. Pat Warner, l’ex team Renault F1 ha acquistato la sua prima stampante 3D nel 1998. Tuttavia, l’importanza della stampa 3D è decollata negli anni 2010.
Quali sono le applicazioni concrete e le tecnologie di produzione additiva utilizzate in Formula 1?
In termini di applicazioni, la stampa 3D si distingue per la sua efficienza nella prototipazione rapida, una caratteristica particolarmente vantaggiosa per le squadre della Formula 1. La tecnologia consente di progettare, produrre e testare nuove parti, accelerando il ciclo di sviluppo dell’innovazione. Inoltre, la stampa 3D non è riservata solo ai prototipi: viene utilizzata anche per produrre componenti funzionali che vengono integrati direttamente nei veicoli da corsa.
In termini di tecnologie impiegate, la modellazione a deposizione fusa (FDM) è ampiamente utilizzata per la prototipazione rapida e la produzione dei campioni per la Formula 1. I polimeri, in particolare i nylon, sono spesso scelti per le loro proprietà meccaniche. Anche i materiali termoplastici ad alte prestazioni, come il PEKK e il PEEK, vengono frequentemente utilizzati. Questi materiali vengono scelti per la loro elevata resistenza al calore, essenziale in un ambiente in cui le temperature possono superare i 1.000 gradi, come spesso accade per alcune parti di una monoposto. Nel 2014, McLaren ha aperto una nuova strada introducendo il primo pezzo stampato in 3D per le sue auto da corsa: un coperchio di valvola per il motore, prodotto con la tecnologia FDM. Successivamente, il team ha ampliato l’uso della stampa 3D producendo un supporto strutturale per fissare la linea idraulica alla vettura da corsa MCL32. Questo supporto, progettato con tecnologia FDM e realizzato in nylon rinforzato con fibra di carbonio, è stato stampato in sole quattro ore.
Il supporto idraulico dello sterzo stampato in 3D per la monoposto MCL32 con tecnologia FDM. (Crediti fotografici: Mclaren)
“La stereolitografia (SLA) è ampiamente utilizzata per produrre gli elementi visibili della nostra galleria del vento ad Alpine”, spiega Pat Warner. “Sia la carrozzeria che molte delle strutture interne sono prodotte con le tecnologie SLA e SLS. A differenza della tecnologia FDM, la SLA consente di produrre parti con geometrie complesse e un elevato livello di dettaglio, spesso rispondenti a requisiti specifici”. Patrick Warner sottolinea che i test nella galleria del vento richiedono la creazione di 600 pezzi alla settimana con la produzione additiva, un volume che solo un team di cinque ingegneri specializzati può gestire. Aggiunge: “I metodi di produzione tradizionali non sarebbero in grado di soddisfare questa domanda”.
Le tecnologie di produzione additiva che utilizzano un letto di polvere, come la sinterizzazione laser selettiva (SLS) e la fusione laser (DMLS), sono comunemente utilizzate in Formula 1. Nel 2017, ad esempio, la Ferrari ha utilizzato la tecnologia DMLS per creare un elemento aerodinamico per la sua vettura. A differenza dei metodi FDM o SLA, la stampa 3D a fusione a letto di polvere presenta diversi vantaggi, come la capacità di produrre parti più isotrope, spesso senza la necessità di strutture di supporto, il che riduce i tempi di post-processing. Le parti metalliche prodotte includono spesso scarichi, componenti del motore e sospensioni.
Quali sono i vantaggi della produzione additiva in Formula 1?
La produzione additiva offre molti vantaggi rispetto ai metodi di produzione tradizionali, soprattutto in Formula 1, dove le esigenze sono particolarmente elevate. In Formula 1, una delle priorità è la riduzione del peso dei veicoli, che si traduce in una serie di miglioramenti: accelerazione più rapida, aumento della velocità massima, migliore maneggevolezza, frenata più efficiente, riduzione del consumo di carburante e minore usura degli pneumatici. La stampa 3D si sta rivelando una soluzione ideale per raggiungere questi obiettivi, consentendo di produrre componenti più leggeri. Anche la velocità di produzione dei pezzi è importante per rimanere competitivi. Se un pezzo si rompe o deve essere modificato con urgenza durante una gara, la stampa 3D offre una soluzione immediata. Le parti possono essere progettate, prodotte e installate in tempi record, aiutando i team a risolvere rapidamente i problemi in pista o a incorporare miglioramenti per le gare successive.
Offre una grande flessibilità di progettazione. Gli ingegneri possono sperimentare geometrie complesse e materiali innovativi senza i vincoli dei metodi di produzione tradizionali, come la fusione o la lavorazione. È possibile creare componenti con strutture interne complesse, come reticoli o strutture a nido d’ape, impossibili da realizzare con i metodi tradizionali.
La fabbricazione additiva ha permesso all’Alpine F1 Team di ottimizzare la lunghezza delle molle degli ammortizzatori, integrando tutte le funzioni necessarie in uno spazio compatto. (Crediti fotografici: 3D Systems)
Sebbene la produzione additiva offra molti vantaggi, non mira a sostituire i metodi di produzione tradizionali, ma li integra. Infatti, la sinergia tra le due tecniche può ottimizzare notevolmente il processo produttivo. Ad esempio, i pezzi essenziali o che richiedono un’elevata resistenza possono essere prodotti con metodi tradizionali, mentre la stampa 3D può essere utilizzata per componenti complessi o prototipi rapidi. In questo modo è possibile sfruttare i vantaggi specifici di ciascuna tecnica. Ad esempio, per le parti in plastica, lo stampaggio a iniezione è spesso il metodo ottimale grazie alla sua maturità tecnologica e alla varietà di materiali che offre. La stampa 3D, tuttavia, presenta un vantaggio particolare: non richiede stampi, il che facilita la creazione di pezzi complessi. Spesso è lo stampo stesso a essere realizzato con la stampa 3D prima della lavorazione del pezzo finale. Come sottolinea Pat Warner: “La produzione additiva non sostituisce lo stampaggio a iniezione o la lavorazione, ma è uno strumento aggiuntivo nell’arsenale di produzione. Ogni tecnologia ha il suo ruolo e lavora in armonia per produrre il pezzo desiderato”.
Verso una Formula 1 più ecologica?
Sul fronte ambientale, l’integrazione crescente della stampa 3D si allinea all’obiettivo della Formula 1 di azzerare le emissioni entro il 2030. A partire dal 2026 saranno inoltre attuati dei cambiamenti significativi, tra cui i requisiti di sostenibilità per le monoposto. McLaren dimostra questo interesse al cambiamento attraverso la sua partnership con Stratasys, che utilizza materiali riciclati come filamenti per ridurre i rifiuti. Tuttavia, l’integrazione della stampa 3D in Formula 1 non è priva di sfide. Pat Warner spiega: “Abbiamo un elenco di materiali consentiti per la vettura, stabilito dalla FIA. Anche se possiamo proporre l’aggiunta di nuovi materiali a questo elenco, ciò richiede l’accordo di tutti i membri. Di conseguenza, le nostre opzioni sono piuttosto limitate”.
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*Crediti per la foto di copertina: Ferrari
