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La Rennteam Uni Stuttgart gana la Fórmula Student Alemana con el apoyo de EOS

Jóvenes ingenieros eligen la fabricación aditiva (AM) para aprovechar todo el potencial de la pieza

Victor Paluzíe, RMS Rapid Manufacturing Systems19/09/2014
Cuanto más fuerza se aplica, mayor es la fuerza reactiva resultante. Uno de los principios básicos en física. Dichos principios son particularmente relevantes en el deporte del motor, donde las tensiones exigidas a los materiales utilizados son extremas. Circulando a velocidades elevadas se exponen tanto al conductor como al vehículo a los efectos que producen tales fuerzas. Los jóvenes constructores de la Rennteam Uni Stuttgart se emplean continuamente en optimizar el proceso de construcción y de utilización de materiales.

Cada vez más las exigencias del deporte del motor no solamente se refieren al piloto como conductor, que circula cada vez más rápido alrededor de la pista, sino que debe hacerlo de manera segura, siguiendo los principios de las Series de Formula Student Alemania. En la construcción del exitoso modelo del 2012, los estudiantes de ingeniería utilizaron por primera vez el proceso de fabricación aditiva para la construcción de la mangueta de dirección. Y el coche logró ganar el título. EOS apoyó al equipo durante su victoriosa temporada en la Fórmula Student.

El desafío

La mangueta —también llamada eje pivotante— conecta el eje de la rueda con las horquillas y la barra de acoplamiento a través de un rodamiento. Entonces el sistema de frenado es igualmente fijado a la misma. La pieza dirige todas las fuerzas absorbidas y el impulso de las ruedas a las horquillas y la barra de acoplamiento, y al propio chasis del vehículo. Por un lado, cada constructor de manguetas tiene la tarea de desarrollar una pieza con la mayor estabilidad posible - de lo contrario la seguridad del vehículo en su conjunto se vería desmejorada. Junto a una posible fractura, la deformación de una pieza también puede tener consecuencias graves, como en su cinemática y, como resultado, la capacidad de conducción, se vería afectado negativamente. Por otro lado, los soportes de las ruedas no pueden, por una serie de razones, pesar demasiado. Cada gramo adicional aumenta los tiempos de vuelta, y los soportes de la rueda pertenecen a la denominada masa no suspendida de un vehículo. Cuanto menor es esta masa, mejor es el funcionamiento de la suspensión y la amortiguación. Un bajo peso del soporte de las ruedas permite que el coche se asiente mejor en la pista —importante para vueltas rápidas y carreras seguras—. Como consecuencia, los constructores se enfrentan a la difícil tarea de encontrar el equilibrio perfecto entre rigidez y peso. Tecnologías de producción anteriores ofrecieron al equipo de carrera Stuttgart muy poco espacio para maniobrar en la búsqueda de este equilibrio perfecto.

“El montaje de la rueda que habíamos estado utilizando en los últimos años ya había logrado un buen equilibrio entre peso y rigidez, pero estábamos seguros de que podíamos mejorarlo", explica Yannick Löw de la Rennteam Uni Stuttgart. "Habíamos producido la pieza utilizando el proceso clásico de fundición (colada de precisión). Éste, por supuesto, dio lugar a limitaciones en la libertad de la forma, lo que significaba que el potencial de la pieza nunca puede alcanzarse plenamente. Incluso en aquel entonces habíamos decidido que para la temporada 2012, investigaríamos nuevas e innovadoras formas de fabricación de la mangueta de dirección”.

No pasó mucho tiempo para que el equipo decidiera el camino a seguir: la tecnología de EOS AM (Additive Manufacturing).

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En la construcción del exitoso modelo del 2012, los estudiantes de ingeniería utilizaron por primera vez el proceso de fabricación aditiva para la construcción de la mangueta de dirección. Fuente: Rennteam Uni Stuttgart.

La solución

En la fase de diseño conceptual, los ingenieros utilizaron el software CAD del socio de EOS Within Technologies Ltd. Within es una empresa joven, cuyos programadores diseñaron su software específicamente para el proceso de fabricación aditiva (AM). El programa hace posible la optimización de micro-estructuras de celosía de densidades variables siguiendo ejemplos encontrados en la naturaleza. Gracias a esta herramienta los constructores fueron capaces de alinear la pieza perfectamente con los requisitos estructurales. De esta manera, fueron capaces de dar a la mangueta de forma precisa las propiedades físicas requeridas - ligereza, además de rigidez. “Por el proceso simplificado, denominado 3D-Print process, nuestra máquina procesa finos gránulos de metal en polvo con la ayuda de un láser, capa por capa, y los convierte en la pieza deseada, ” explica Nikolai Zaepernick, Business Development Manager Automotive en EOS."El equipo vencedor de Stuttgart se decidió por nuestro socio Within software para la construcción del modelo de CAD, ya que era el más adecuado para la pieza y su función. La información para la fabricación del componente fue suministrada al sistema de Direct Metal Laser Sintering (DMLS) desde nuestro software de aplicación universal, que había, por decirlo así, traducido la información del modelo CAD 3D existente. El resultado fue asombroso y mostró lo mucho que los jóvenes ingenieros ya comprenden sobre su tema”.

Una vez que el equipo había diseñado el eje de mangueta de dirección, siguió de forma inmediata la producción de las primeras piezas. El hecho de que el desarrollo y el tiempo de producción pudieran reducirse significativamente, en comparación con los procesos utilizados previamente, era importante para el equipo. Había una serie de razones para los ahorros en tiempo. Una es que con la fabricación aditiva la necesidad de construir los negativos o las formas del molde “se queda en el camino”. Además todo el proceso, desde el diseño hasta la fabricación es más preciso, lo que significa que a menudo no se requiere de volver a remodelar o de afinar. En este caso, los constructores de Stuttgart alcanzaron una alta calidad de la producción en un tiempo muy corto con un mínimo de proceso de ajuste, de manera que la pieza quedó casi inmediatamente lista para la competición.

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Gracias a la fabricación aditiva, el peso de la mangueta se redujo en 660 gramos en total. Estos números se traducen en tiempos de vuelta más rápidos y menor consumo de combustible (Fuente: Rennteam Uni Stuttgart).

Resultados

Las ventajas se pueden resumir en cifras concretas: el peso de la pieza se redujo en 660 gramos, lo que supone un ahorro al Rennteam Uni Stuttgart del 35 por ciento. Al mismo tiempo, los ingenieros tuvieron éxito en el aumento de la rigidez en un 20 por ciento - excelentes números en los deportes de motor, cifras que se traducen en tiempos de vuelta más rápidos y menor consumo de combustible. El mejor testimonio de ello fue dado por el equipo con el resultado en la última carrera de la serie - una victoria en el circuito de Hockenheim que coronaba al Stuttgart race team como Campeones de la Formula Student Alemana 2012.

“Estamos emocionados por haber podido llevar a Stuttgart el título de la Formula Student de Alemania 2012. La libertad en el proceso de construcción que ofrece la tecnología DMLS de EOS ha jugado un papel importante en nuestro éxito”, dice Yannick Löw.

Todos los que han participado han demostrado con esta victoria que la profesión de ingeniero puede ser muy divertida - y finalmente, de que hay una gran cantidad de interesantes y emocionantes maneras de dar respuesta a la escasez de técnicos especialistas.

Y la fascinación de las nuevas tecnologías, tales como la fabricación aditiva, puede desempeñar un papel en esto, en la línea de inspirar cada vez más a los jóvenes a mirarse de forma seria la carrera de ingeniería.

El Rennteam Uni Stuttgart es un club independiente, compuesto por estudiantes altamente motivados, provenientes de ámbitos diversos. Participan en las series de carreras de Formula Student, una competición para jóvenes ingenieros, en toda Europa, así como en otras competiciones internacionales.

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