F1 kan niet meer zonder 3D-printen

Als ergens additive manufacturing een sleuteltechnologie is geworden, dan is het de Formule 1-racewereld wel. Elk team rijdt tegenwoordig met 3D-geprinte onderdelen en gebruikt de techniek  voor het testen van nieuwe designs. En dit is nog pas het begin. De FIA geeft in het nieuwe seizoen 2026 méér materialen voor 3D-printen vrij. Komend jaar zul je daarom ook 3D-geprinte componenten in het chassis van de F1-racewagens zien, voorspelt Pat Warner van het BWT Alpine Formula One Team.

De meeste F1-teams lopen niet te koop met wat ze allemaal met 3D-printen doen. Dat is te concurrentiegevoelig. Feit is echter dat ze niet meer zonder kunnen; noch zonder de kunststof 3D-printers, noch zonder de geavanceerde laserpoederbed-metaalsystemen. In het raceseizoen van 2021 reed de F1-wagen van Alfa Romeo Racing Orlen met 304 3D-geprinte onderdelen rond, meer dan het dubbele van het seizoen daarvoor. Van deze 304 onderdelen was een groot aantal onderdelen in metaal geprint, vooral in Scalmalloy (een supersterke aluminiumlegering, speciaal ontwikkeld voor additive manufacturing) en aluminium, samen goed voor 76 procent van het totaalgewicht van de 14,8 kilogram aan metalen AM-delen in de bolide. Overigens: die onderdelen waren allemaal geprint op de van Nederlandse origine MetalFab1 van Additive Industries, waarvan Sauber er vier in Zwitserland heeft staan. “En wij staan nog niet waar Red Bull en Mercedes zijn”, zo merkte Victor Sousa, hoofd AM Plastics & CNC for AM bij Sauber Motorsport, onlangs tijdens een conferentie op. Het Zwitserse bedrijf was destijds de partner van het F1-team van Alfa Romeo Orlen, en keert komend jaar via het fabrieksteam van Audi terug in de F1-racewereld. 

Windtunneltesten

De F1-racewereld heeft additive manufacturing al lang geleden omarmd. De voorloper van het BWT Alpine Formula One Team beschikt al sinds 2002 over een AM-centrum. Destijds was het vooral bedoeld om ervaring op te doen met de weinige materialen die beschikbaar waren en om de materiaalproducenten aan te zetten tot de ontwikkeling van betere, zo schetste Pat Warner, hoofd van het AM-team van BWT Alpine Formula One, onlangs tijdens Rapid.Tech 3D de beginjaren. Dat is tegenwoordig wel anders. Het team van Pierre Gasly deed enkele jaren geleden wel 65 windtunneltesten op een dag. Met 3D-geprinte schaalmodellen, want dat is een van de meest gebruikte toepassingen van 3D-printen. Dit biedt de engineers twee voordelen.

Allereerst kunnen ze vaker designs aanpassen omdat de schaalmodellen de dag erna al beschikbaar zijn voor testen. Het tweede voordeel is dat ze door de modellen te printen, sensoren kunnen integreren en dus meetresultaten krijgen die veel betrouwbaarder zijn. De FIA heeft het vele windtunneltesten inmiddels aan banden gelegd. Afhankelijk van de prestaties op het circuit krijgt een team een aantal uren toegewezen waarin ze mogen testen in de windtunnel. 3D-printen heeft ook hier weer een oplossing gebracht, zegt Pat Warner. “De FIA voert strikte controle uit over de tijd die je in de windtunnel doorbrengt. Dus moesten we iets vinden waardoor we sneller de opstelling konden maken. Tegenwoordig 3D-printen we snellos-systemen zodat we de secties van de racewagen sneller kunnen wisselen. Per week testen we nog steeds hetzelfde aantal onderdelen, alleen in minder uren dan voorheen.” Speelt iets soortgelijks niet ook in de maakindustrie, waar we sneller stukken willen wisselen? 

Kortere doorlooptijd

In de F1-wereld gaat het niet alleen om de snelheid op de baan, maar ook om hoe snel het constructeursteam nieuwe onderdelen in de F1-auto krijgt. Pat Warner noemt het daarom “fantastisch” dat er tegenwoordig materialen zijn waarmee men onderdelen kan 3D-printen die rechtstreeks in de racewagens worden ingebouwd. “Als onderdelen uit de windtunnel komen, 3D-printen we vrijdag voor de track. Zaterdag eind van de middag zitten de onderdelen in de auto voor de kwalificatie.” Dit zal wel niet de standaard doorlooptijd zijn, maar het geeft aan hoe extreem kort de tijdspanne wordt tussen het bevriezen van design en het inbouwen van het onderdeel in de racewagen. Dit geldt ook voor onderdelen die nog niet rechtstreeks kunnen worden geprint. Een voorbeeld van een titanium product dat Warner toelichtte in Erfurt is de behuizing van een versnellingsbak. Een typisch gietstuk. “Door de gietmal te zandprinten, besparen we drie weken doorlooptijd ten opzichte van traditioneel zandgieten.” Bovendien wist men, doordat dankzij het 3D-printen de wanden van de versnellingspak dunner konden worden gemaakt – zo’n 20 kilogram gewicht te besparen, met behoud van dezelfde belastingeigenschappen.

Mallen printen

Sauber beschikt behalve over de AM-systemen van Additive Industries over een flink aantal kunststof 3D-printers van onder andere Stratasys. Deze worden niet alleen gebruikt om direct eindonderdelen mee te printen, maar ook voor de productie van mallen voor het produceren van koolstofvezel onderdelen. Victor Sousa: “We kunnen zo carbon onderdelen maken die qua complexiteit anders niet mogelijk zijn.” Hij geeft toe dat er met kunststoffen veel meer mogelijk is dan hij aanvankelijk had verwacht. Ook het BWT Alpine-team print veel in kunststof.

Een van de recente aanwinsten is het Figure 4-systeem van 3D Systems, een resingebaseerd printsysteem dat gebouwd is voor snelle productie van eindonderdelen. Pat Warner: “We produceren nu binnen enkele uren rubberen componenten met een shorewaarde precies zoals we die nodig hebben. Snelheid is hier doorslaggevend.” 

Toekomst

In het seizoen 2026 gaan de regels voor de F1-teams op de schop. De belangrijkste wijziging is volgens Pat Warner dat de FIA de lijst met toegestane materialen uitbreidt. “Die lijst stamde uit het tijdperk van vóór additive manufacturing en was verouderd. We kunnen straks meer materialen gaan gebruiken.” Onder andere op het vlak van thermoplasten, en dat opent volgens hem heel nieuwe mogelijkheden, namelijk om dragende onderdelen van de F1-racewagen te printen. De FIA noemt in de nieuwe regelgeving expliciet onderdelen zoals de wielophanging als aspect waarvoor AM volgend jaar mag worden ingezet. De teams kijken hiervoor onder andere naar meerdere Titanium grades die worden vrijgegeven (zoals Ti 6242, 5553 en Ti6Al6v ELL), evenals naar meerdere aluminium legeringen. Ook versterkt aluminium, zoals A20X en 2024-RAM2, zijn volgend jaar toegestaan. Die laatste is een aluminium Metal Matrix Composiet (MMC) waarin 2 procent keramiek voor een hogere sterkte en ductiliteit zorgt, gecombineerd met de typische slijtvastheid van keramiek. Pat Warner denkt dat deze nieuwe regels er komen omdat de FIA ziet dat additive manufacturing een veilige productietechnologie is. Hij ziet nieuwe toepassingen, niet alleen in de wielophanging en het chassis, maar ook in de veren en in de uitlaatsystemen en manifolds op de motor. Bij het BTW Alpina-team heeft men al ervaring met de 2024-RAM2 MMC, maar men mocht dit niet in de racewagen gebruiken. Het zou te duur zijn. “De FIA heeft zich met deze regels in de eigen voet geschoten, want de ‘second best’-oplossing blijkt uiteindelijk duurder te zijn als je de stijfheidsgrenzen wilt verleggen.”