Frontflügel-Design Williams Formel-1 Team setzt auf 3D-Druck

Beim Prototyping geht der Formel-1 Rennstall Williams Martini Racing neue Wege und setzt auf additive Fertigung mit EOS-Technologie.

Die Konzeption der neuen Autos beginnt lange, bevor eine Formel-1-Saison endet. Gleichzeitig sind die Ingenieursteams mit der kontinuierlichen Verbesserung des jeweils noch aktuellen Boliden beschäftigt. Umso mehr kommt es darauf an, sämtliche zur Verfügung stehenden – personellen wie materiellen – Ressourcen zu nutzen und optimal einzusetzen. Denn die Konstruktion eines Formel-Rennwagens unterliegt einerseits einem komplexen Regelwerk und soll andererseits zusätzlich die bestmögliche Lösung der Formel „hohe Geschwindigkeit und Stabilität bei geringem Gewicht“ finden.

Dieser Herausforderung stellt sich die Entwicklungs-Crew von Williams Martini Racing im britischen Grove, jede Saison aufs Neue. Längst haben sich in der Formel 1 Kohlefaserverbundstoffe durchgesetzt, da sie eine – wenn auch zu hohen Kosten – äußerst hohe Stabilität bei sehr niedrigem Gewicht ermöglichen. Allerdings stellt das Material nicht nur die Entwickler von Williams Martini Racing vor ein neues Problem: Es ist ein Kostentreiber und wegen der hohen Anforderungen an den nötigen Formen- und Werkzeugbau nicht einfach zu verarbeiten, was vor allem bei der schnellen Herstellung von Einzelstücken für den Prototypenbau ein Thema ist.

In der Vergangenheit verfolgte der Rennstall eher einen konservativen Ansatz, wenn es um Ingenieursarbeiten ging; gleichzeitig hat das Team aus Grove stets auf innovative Technologien gesetzt. Diesem Credo folgend machte sich die technische Abteilung daran, für den mehrteiligen Frontspoiler beim Prototyping die additive Fertigung in den Entwicklungsprozess zu integrieren. Das Bauteil ist ein aerodynamisches Herzstück des Wagens und sorgt dafür, dass die Reifen des Rennwagens bei der schnellen Kurvenhatz optimalen Grip auf der Strecke erhalten.

Computersimulationen halfen bei der Berechnung des Frontflügel-Designs. Doch ab einem gewissen Punkt müssen Windkanaltests unter echten Bedingungen erfolgen, denn trotz aller intelligenten IT-Algorithmen ist die Leistungsfähigkeit der Berechnungsmodelle begrenzt. Im Zuge dieser Tests gilt es, die verschiedenen Entwürfe unter realen Bedingungen auf Herz und Nieren zu prüfen. Da Kohlefasermaterialien, wie erwähnt, schwer zu verarbeiten sind, hat sich Williams Martini Racing dazu entschlossen, Prototypen für die Flügel additiv zu fertigen, um damit die Formgebung zu testen.

Zum Einsatz kommen dabei die beiden EOS-Maschinen EOSINT P 390 und vor allem die EOSINT P 760 mit großem Bauraum, die beide für die Produktion von Kunststoffen im Laser-Sinter-Verfahren geeignet sind. Die Ingenieure von Williams Martinti Racing entwerfen dabei per CAD-Software zunächst unterschiedliche Frontflügel, die jeweils den Ideen und Simulationen für hohen Abtrieb und damit hohe Reifenhaftung entsprechen. Diese Entwürfe überträgt das Team in die EOS-Systeme, die daraufhin in hoher Präzision den Formprototyp herstellen. Sobald die Werkstücke den Bauraum verlassen, findet die weitere Evaluation durch die zuständigen Experten statt. Erst nachdem das Konstrukteursteam einige Designs in die engere Wahl genommen hat, erfolgt der aufwändige Bau der zugehörigen Formen für die eigentlichen CFK-Bauteile, die anschließend auf der Rennstecke weiter getestet werden.

 „In unseren Augen ist EOS der führende Anbieter, wenn es um die Laser-Sinter-Technologie geht – und wir wollten mit den Besten zusammenarbeiten“, sagt Richard Brady, Leiter Advanced Digital Manufacturing bei Williams Martini Racing. „Wir sind der festen Überzeugung, dass additive Fertigung unsere Herstellungsprozesse hervorragend ergänzt und die Produktentwicklungszyklen insgesamt stark verkürzt. Bei den Luftleitbauteilen an den Außenseiten des Frontflügels ist uns das bereits auf beeindruckende Art und Weise gelungen. Wir sind überaus zufrieden mit dem Gesamtprozess des Prototypenbaus, von der eigentlichen Produktion bis hin zur Zusammenarbeit mit EOS.“