2026赛季F1技术新规发布:为金属增材制造打开了大门 

3D打印应用 /[汽车]
2024-08-20 10:15
导读:随着2026年一级方程式(F1)赛车赛季的临近,国际汽联(FIA)公布了最新的技术规则,其中引入了多项与增材制造(即3D打印)相关的新规范。这些规定将对赛车设计和制造产生深远影响,标志着增材制造技术在赛车运动中的应用进入了一个新阶段。
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2024年8月20日,据资源库了解,国际汽联宣布将从2026年起实施一套全新的一级方程式赛车技术规则,意味着这项运动在技术和环境标准方面发生了重大变化。新法规的主要内容包括:

  • “敏捷汽车”概念:2026年规则的核心是“敏捷汽车”概念,旨在提升赛车性能并确保比赛更加激烈。新设计将重点提升操控性和效率,目标是在当前一代赛车的基础上减轻30公斤的重量。
  • 先进的动力装置:动力装置将进行重大升级,电池功率将显著增加——比现有装置提升近300%。此外,还将实现内燃机(ICE)与电力之间的均衡分配,从而进一步提高整体性能。
  • 主动空气动力学:2026年的赛车将配备主动空气动力学系统,能够根据动力需求动态调整,以满足新的能源管理法规要求。
  • 增强超车机会:新的手动超车模式将允许驾驶员通过部署更多电力来更方便地进行超车,增加比赛的观赏性和刺激性。
  • 扩大动力装置制造商队伍:2026赛季将迎来创纪录的六家动力装置制造商,包括法拉利、梅赛德斯、阿尔派、本田、奥迪和红牛福特动力总成,他们都致力于适应F1不断演进的技术格局。
  • 可持续燃料:所有赛车将使用100%可持续燃料,体现了这项运动对环境责任的承诺。
  • 提高安全性:新法规将引入更坚固的赛车结构和更严格的安全测试,进一步保障驾驶员的安全。

值得注意的是,根据新规定,增材制造将在未来发挥关键作用。历史上,F1中对AM的使用受到材料限制。然而,2026年的规定为这一领域开辟了新的可能性。

批准用于3D打印的材料

铝合金类材料中,法规允许使用的材料包括AlSi10Mg、AlSi7MG、Al Cl−30AL、P339 AM、EOS Aluminium 2139 AM和Aheadd CP1,以及Elementum3D的颗粒增强铝合金,如A20X、2024-RAM2和6061-RAM2,这些材料因其轻量化和高强度特性而备受青睐。同时,铝镁合金如Scalmalloy和HRL 7A77因其卓越的强度重量比在赛车中尤为重要。
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EOS铝Al2139粉末的SEM显微照片,图片来自:EOS

钛合金方面,增材制造允许使用Ti6Al4V、Ti6AL4V ELI、Ti 5553和Ti 6242等材料,这些合金因其出色的耐腐蚀性和强度而广泛用于高应力部件。钢合金包括不锈钢316和304以及其他高强度钢种,这些材料在极端条件下仍能保持良好的耐用性。

对于超级合金,Inconel 625和718以及钴铬合金因其卓越的耐高温能力,适用于暴露在极热环境中的关键部件。为了确保部件的结构完整性和性能,法规还要求通过增材制造生产的部件最终质量必须至少达到打印部件质量的60%,并明确禁止使用含铍的材料,以保障健康和安全。

3D打印在特定部件中的应用

FIA对哪些部件可以通过增材制造生产做出了明确规定,以确保公平竞争。根据2026年法规,增材制造被允许用于特定的赛车部件,重点是保持创新与安全之间的平衡。

首先,悬架立柱现在可以使用钛合金或铝合金通过增材制造技术生产。这一灵活性使车队能够优化悬架部件的设计和性能,对于车辆的操控性和稳定性至关重要。
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一级方程式赛车的悬架立柱,图片来自:梅赛德斯AMG车队

除了悬架立柱外,增材制造还被允许用于排气系统的特定区域。例如,气缸盖连接处的短管/法兰元件、连接主涡轮和副涡轮的3合1元件以及副涡轮与涡轮增压器(TC)之间的连接部件,都是可以应用增材制造的指定区域。不过,这些元件受到严格的尺寸限制,以确保所有车队在性能和一致性方面的公平竞争。

尽管增材制造在F1赛车中被广泛应用,但法规对其使用仍然施加了一些限制,以维持公平性和性能标准。特别是对于主热交换器,法规明确规定其核心和集管箱必须由铝合金制成,且核心本身不能通过增材制造生产。这一限制可能是为了确保热交换器的可靠性,防止开发出过于轻量化、可能不够耐用且可能危及安全的热交换器。

此外,热交换器内的管道和翅片的尺寸也受到严格控制,必须达到特定的最小厚度。这些措施确保了即使使用增材制造来提高性能,也不会因材料厚度的不安全减少而损害关键冷却系统的完整性。

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雷诺车队采用F1赛车制作3D打印赛车零件

事实上,一级方程式车队在使用3D打印部件方面已有悠久的历史,无论是用于测试、原型制作还是实际车辆的生产。3D打印公司与多个一级方程式车队建立了长期的合作关系,致力于开发解决方案、降低成本、缩短交货时间,并实现其他关键目标。

以下是一些重要的合作案例:

  • 2018年,索伯车队与3D Systems合作,在其瑞士工程工厂引入了ProX SLA 3D打印机。
  • 2019年,捷普与雷诺F1车队签署协议,加速3D打印赛车零件的开发和交付。
  • 2019,一级方程式赛车和国际汽联利用增材制造技术建造了50%比例的模型,以测试2021年汽车规则。
  • 2021年,威廉姆斯车队与Nexa3D合作,3D打印功能性风洞组件。
  • 2022年,索伯与3D打印巨头EOS达成另一项为期三年的合作,重点是持续优化和生产空气动力学扰流板设计、赛车最终用途零件和生产辅助设备。
  • 2024年,RB一级方程式车队与Roboze合作,为其单座赛车生产最终用途零件,目标是减轻重量并制造出使用其他技术无法实现的复杂几何形状的零件。

最后,随着这些新的增材制造规范的推出,不仅为车队提供了更大的设计自由度,还推动了技术创新,使赛车运动在追求性能与可持续性之间找到了新的平衡点。展望未来,随着增材制造技术的不断进步,我们可以期待在赛道上看到更加轻量化、性能更卓越的赛车,这将进一步提升比赛的激烈程度和观赏性。
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