3D打印在F1赛车中扮演什么角色？

南极熊导读：一级方程式赛车对性能和速度有着极端的要求，不仅驾驶员技能重要，汽车技术优化同样关键。3D打印技术自21世纪初引入以来，已成为赛车领域革命性的进步，使得生产轻质、高性能部件成为现实，并符合FIA的严格规定。

随着技术的发展，F1车队广泛应用3D打印来制造复杂部件，并与3D打印企业合作。本文将探讨3D打印在F1中的具体优势与挑战，以及它在这一高要求领域所预示的未来。准备好了吗？让我们一起深入了解一下。

△迈凯轮使用3D打印技术制造单座一级方程式车队之一

顶级赛车队转向3D打印

红牛车队，自2022年连续获得车队冠军，与Hexagon Manufacturing Intelligence合作长达18年。这种长期合作使红牛能够测试和采纳创新技术，确保赛车的安全性和可靠性，并在赛道上将时间缩短至几分之一秒。特别是，红牛车队利用数字孪生和模拟技术，在制造物理原型之前进行赛车的虚拟设计和测试。

△红牛车队使用数字孪生和模拟技术

迈凯伦F1车队则使用20台Stratasys 3D打印机每年生产超过9000个零件，这得益于3D打印技术在原型制作方面的应用。此外，红牛与ROBOZE合作，共同对一级方程式赛车中关键部件的设计和生产流程进行了重新评估和改进。

Alpine车队在过去的20多年里一直得到3D Systems的支持，拥有众多SLA和LPBF机器。Alpine的ADM经理Pat Warner表示：“3D Systems是我们所有内部设备和材料的主要合作伙伴，并且我们会根据需要将这些设备和材料外包给其它公司。”

因此，3D打印技术在F1中的应用正变得越来越广泛。Pat Warner指出，前雷诺F1车队早在1998年就购置了首台3D打印机。然而，3D打印的重要性真正得到凸显是在2010年代。

△采用FDM技术3D打印的MCL32单座赛车液压管道支架

F1赛车采用了哪些具体应用的3D打印技术

在一级方程式赛车领域，3D打印技术以快速成型的能力脱颖而出，为车队带来了显著优势。这项技术能够加速设计、制造和测试新部件的过程，从而缩短创新开发周期。3D打印不仅限于制作原型，它也被用于生产直接集成到赛车中的功能部件。

在技术应用方面，熔融沉积建模（FDM）技术在一级方程式赛车的快速原型制作和样品生产中得到了广泛应用。特别是尼龙等聚合物材料，因机械性能而被频繁选用。同时，高性能热塑性塑料如PEKK和PEEK也十分受欢迎，它们的高耐热性在极端温度条件下尤为重要，在超过1000摄氏度的环境中工作的单座赛车部件尤其需要这种材料。

迈凯伦车队在2014年为赛车引入了首个3D打印部件：一个使用FDM技术制造的发动机气门盖。随后，车队扩展了3D打印的应用，生产了用于将液压管线连接到MCL32赛车的结构支架。这个支架采用FDM技术设计，由碳纤维增强尼龙制成，仅需四小时即可完成打印。

当然，FDM并非F1赛车中使用的唯一3D打印技术。Patrick Warner指出，立体光固化（SLA）技术广泛应用于制造风洞测试的可见元素，车身和许多内部结构都是通过SLA和选择性激光烧结（SLS）技术生产的。

△车队配备3D打印车间

与FDM技术不同，SLA能够制造出具有复杂几何形状和高细节水平的部件，通常能满足特定要求。风洞测试每周需要通过增材制造生产600个部件，仅由五名专业工程师组成的团队便能应对这一需求。Warner补充说：“传统的制造方法无法满足这一速度。”

在F1中，使用粉末床的增材制造技术，如选择性激光烧结（SLS）和直接金属激光烧结（DMLS），也十分常见。例如，法拉利在2017年使用DMLS技术为赛车制造了空气动力学元件。与FDM或SLA方法相比，粉末床熔合技术生产的3D打印部件具有多方面优势，包括能生产更多各向同性的部件，通常无需支撑结构，从而减少了后处理时间。常见的金属部件包括排气管、发动机组件和悬架。

△增材制造使Alpine F1车队能够优化减震器弹簧的长度，同时在紧凑的空间内集成所有必要的功能

在F1赛事中使用3D打印的优势

增材制造技术在一级方程式赛车中具有显著优势，尤其在减轻车辆重量和加快零件生产速度方面。轻量化部件可以提升赛车的整体性能，而3D打印的快速响应能力确保了在比赛中快速解决问题。

3D打印还提供设计上的灵活性，允许制造复杂的几何结构，这是传统制造技术难以实现的。它补充而非取代传统制造方法，例如注塑成型，每种技术在特定应用中都有独特优势。3D打印在制造复杂部件或快速原型方面尤为有用，而传统方法则适用于大批量生产或高性能零件。

环保型一级方程式赛车

在环保领域，3D打印技术的应用与F1到2030年实现零排放的目标相契合。自2026年起，F1将实施重大变革，提高单座赛车的可持续性标准。迈凯伦车队与Stratasys的合作便是一个例证，它们利用回收材料作为3D打印的原料，以减少生产过程中的浪费。

然而，将3D打印技术整合进F1赛车领域并非没有挑战。正如Pat Warner所述：“我们受限于国际汽联制定的授权材料清单。虽然我们可以向FIA提议增加新材料，但必须得到所有成员的共识，这限制了我们的选择范围。”