Révolutionner les Voitures de Course Formula Student avec Moulages Carbone Imprimés 3D et Pièces d'Utilisation Finale

La Formula Student est un concours annuel de design ingénierie où des équipes étudiantes du monde entier construisent et font courir des voitures de style formule. L'équipe TU Berlin, FaSTTUBe, est l'un des plus grands participants, alignant 80–90 étudiants chaque année depuis 2005.

Cette saison, FaSTTUBe repousse les limites en développant trois véhicules distincts : combustion, électrique, et autonome. De l'automne à l'été, l'équipe entreprend un cycle complet de design, fabrication, assemblage, et test, jugés sur business model, concept design, rapport coûts, et performance course – particulièrement puissance, efficacité, et endurance.

Pour accélérer le développement et réduire les coûts, l'équipe a ajouté une imprimante SLA Form 3 à son arsenal. L'imprimante permet la production rapide de pièces autrement impossibles ou prohibitivement chères.

1. Prototypes : Prototypage rapide de composants comme supports barre anti-roulis et supports batterie haute tension.
2. Moulages pour pièces carbone : Production d'une douzaine de moulages haute précision permettant la fabrication de composants carbone complexes.
3. Pièces d'utilisation finale : Environ 30 pièces finales de voiture – porte-boutons, pédales shifter, commutateurs volant, connecteurs tuyaux et capteurs – imprimées directement en résine SLA.

Le Technical Manager Niklas Werner et le Head of Aerodynamics & Carbon Manufacturing Felix Hilken nous ont guidés à travers ces innovations.

Pièces carbone laminées main sur moulages imprimés 3D

La saison dernière, la plaque carbone du volant était découpée laser et ses poignées et boîtier électronique construits via frittage laser sélectif (SLS). Pour réduire le poids davantage, l'équipe a expérimenté des poignées creuses, mais la résistance matériau était insuffisante. Cette année, ils ont choisi la fibre de carbone, offrant des ratios résistance/poids supérieurs.

Hilken a développé un workflow utilisant des moulages imprimés 3D pour lamination wet lay-up – une façon efficace de produire des pièces carbone avec un outillage minimal.

Regardez la vidéo pour voir comment fonctionne le processus de lamination carbone.

En utilisant la fibre de carbone, le poids du boîtier volant est passé de 120 g à seulement 21 g. Hilken a conçu et construit le moulage en une seule journée, permettant des géométries prohibitivement complexes à fabriquer par des moyens traditionnels.

« La beauté de l'impression 3D, c'est qu'une forme complexe est aussi facile à créer qu'une simple, avec le même équipement et effort. Beaucoup de caractéristiques ici ne peuvent tout simplement pas être produites rentablement avec un autre procédé », explique Hilken.

Hilken a laminé trois couches de fibre de carbone sur un moulage imprimé 3D, puis pressé les couches ensemble باستخدام un second moulage négatif.

Il a sélectionné la Tough 1500 Resin pour son élongation et module équilibrés – permettant aux pièces de fléchir et revenir en place pendant le démoulage. Un moulage peut produire environ dix pièces, bien que le processus soit opérateur-dépendant ; une manipulation soigneuse prévient le collage des fibres ou l'endommagement du moulage.

Comparé à la sous-traitance de moulages aluminium usinés CNC, cette approche réduit drastiquement coûts et délais. Sans impression 3D, l'équipe aurait fait face à un outillage cher, longs délais, et liberté de design limitée.

Fabrication pièces carbone avec moulages imprimés 3D

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Analyse coûts et délais

Les moulages imprimés 3D en interne réduisent à la fois coûts main-d'œuvre et matériaux. En supposant un taux ingénieur de 200 $/heure, la comparaison pour le volant est la suivante :

	Moulage CNC sous-traité	Moulage 3D imprimé en interne
Équipement	Fibre carbone, résines, outils, sac vide	Fibre carbone, résines, outils, sac vide Imprimante Form 3, Résine Tough 1500
Temps production moulage	4–6 semaines	2 jours
Coûts main-d'œuvre	0 $	300 $
Coûts matériaux	0 $	10 $
Coûts totaux production moulage	900 $	310 $

Pièces d'utilisation finale : des pédales shifter aux collecteurs câbles

Au-delà des composants volant, l'ensemble des pièces volant – porte-boutons, pédales shifter, supports, commutateurs – sont imprimées sur la Form 3 avec la Tough 2000 Resin pour durabilité, puis peintes en spray pour finition uniforme.

Au total, la voiture comporte environ 30 pièces imprimées SLA. Par exemple, des collecteurs câbles en Durable Resin organisent proprement les faisceaux autour du châssis métal.

« Ceux-ci sont super pour l'assemblage du faisceau car ils ont belle allure, et les premières impressions comptent pour les juges », note Niklas.

L'équipe prévoit aussi des boîtiers imprimés 3D additionnels, terminaisons feu stop, et composants TSAL pour le véhicule électrique – indicateurs lumineux révélant le fonctionnement haute tension.

Prototypage d'une pièce design génératif avant impression 3D métal

L'impression 3D joue aussi un rôle critique dans le prototypage de pièces complexes, optimisées topologiquement. Le support pour la vanne front-end – conçu via optimisation topologique – a été imprimé en résine pour vérifier l'ajustement avant de s'engager dans l'impression 3D métal aluminium.

« Imprimer le prototype en résine était rentable et nous a permis de valider le design rapidement. La pièce s'ajuste parfaitement, elle sera maintenant fabriquée en aluminium », dit Niklas.

Les porte-cellules batterie pour la voiture de course électrique ont aussi été prototypés via impression 3D.

Finaliser les voitures pour la saison de course

FaSTTUBe continue d'étendre le champ de l'impression 3D sur les trois véhicules. Un projet majeur à venir est une admission d'air carbone nécessitant un moulage multi-parties, assemblage, et lamination main.

Les trois voitures de course sont prévues pour tests piste au printemps. Werner, Hilken, et l'équipe anticipent le début de la saison une fois les restrictions COVID-19 levées.