Így készülnek a világ leggyorsabb autói – Betekintés a Forma–1 gyártási technológiáiba

A Forma–1 a technológiai újítások és extrém mérnöki teljesítmény szinonimája. Az itt alkalmazott gyártási eljárások sokszor évekkel megelőzik a hétköznapi autóipari technológiákat. A mérnökök célja minden gramm megtakarítása, minden watt teljesítmény kiaknázása, és minden ezredmásodperc megnyerése – ehhez pedig kifinomult, precíziós gyártási folyamatokra van szükség. 

1. 3D nyomtatás – Additív gyártás a sebesség szolgálatában

A 3D nyomtatás mára az F1-es fejlesztési kultúra szerves része lett. Az additív gyártási technológiák lehetővé teszik a csapatok számára, hogy akár napokon belül elkészítsenek és teszteljenek új alkatrészeket – ez különösen fontos a szezon során, amikor minden versenyhétvége potenciális fejlesztési lehetőség.

🔧 Alkalmazott technológiák

• FDM (Fused Deposition Modeling) – gyors, költséghatékony prototípusokhoz.
• SLS (Selective Laser Sintering) – erősebb, strapabíróbb műanyag alkatrészekhez.
• SLA (Stereolithography) – rendkívül precíz, sima felületű modellekhez.
• DMLS/SLM (Direct Metal Laser Sintering / Selective Laser Melting) – fémalkatrészek gyártására, pl. titánból vagy alumíniumból.

🏁 Konkrét csapatok, konkrét példák

Mercedes-AMG Petronas F1 Team

• Alkalmazás: A Mercedes már 2017 óta használ DMLS technológiával gyártott fémalkatrészeket a motor hűtőrendszerében és kipufogócsatornáiban.
• Külön érdekesség: A csapat a motorok turbófeltöltő-házaiban is alkalmazott 3D nyomtatott titán komponenseket, amelyek jobban bírták a hőt és csökkentették a tömeget.

Red Bull Racing

• Alkalmazás: A Red Bull nagy mennyiségben gyárt 3D nyomtatással szélcsatorna modelleket 60%-os méretarányban. Ezeken több száz aerodinamikai variánst tudnak gyorsan letesztelni.
• Technológia: Főleg SLS és SLA technológiát használnak, ahol a pontosság és a felületminőség kulcsfontosságú.
• Funkció: Légterelők, padlólemezek, bargeboard elemek tesztverziói.

Ferrari

• Alkalmazás: 3D nyomtatással gyártanak különféle szenzorfelfogatásokat, valamint belső hűtőcsatornákat, amelyeket nem lehetne hagyományos módszerekkel elkészíteni.
• Innováció: A Ferrari egyedi terelőlapátokat és csatornarendszereket is nyomtat műanyagból, amit prototípusként a szélcsatornában tesztelnek, majd karbonszálas kompozitból készítik el véglegesen.

McLaren Racing

• Alkalmazás: Az egyik első csapat volt, amely versenyhétvégéken is alkalmazott 3D nyomtatott alkatrészeket.
• Példa: A 2017-es szezonban már alkalmaztak 3D nyomtatott fékrendszer-hűtő csatornákat, amelyeket pályán teszteltek.
• Partner: A McLaren az amerikai Stratasys céggel dolgozott együtt, SLA és PolyJet technológiákat használva.

Alpine F1 Team

• Alkalmazás: Az Enstone-i gyárban több mint 30 nyomtató dolgozik napi szinten, főként aerodinamikai alkatrészek és szerszámok gyártására.
• Technológia: Műanyag és fém 3D nyomtatás kombinálása, kifejezetten gyors reagálásra optimalizálva.

⚙️ Mit gyártanak 3D nyomtatással?

• Szélcsatorna modellek – aerodinamikai fejlesztésre, több száz variációban.
• Prototípus alkatrészek – gyorsan tesztelhető új formák, pl. terelőlapátok, hűtőcsatornák.
• Szenzorfoglalatok, kábelvezetők – kis méretű, de bonyolult formájú, egyedi belső elemek.
• Szerszámok, jigek – gyártási segédeszközök, illesztőkeretek.
• Versenyen is használt elemek – pl. fékcsatornák, burkolati elemek, sőt néhány esetben akár fém belső szerkezetek.

🎯 Összegzés: Miért kulcsfontosságú a 3D nyomtatás az F1-ben?

• Drasztikusan lerövidíti a fejlesztési időt.
• Költséghatékony kis szériás gyártás.
• Komplex, optimalizált geometriák előállítása, amit hagyományosan nem lehetne kivitelezni.
• Helyszíni alkatrészgyártás lehetősége akár egy versenyhétvége alatt.

2. Karbonszálas műgyanta – Az F1 láthatatlan gerince

A karbonszálas kompozitok adják az F1-es autók szerkezeti alapját. Ezek az anyagok a kis sűrűség és a nagy szilárdság tökéletes kombinációját kínálják. A karbonszál egy szövetszerű anyag, amit gyantával impregnálnak és formára keményítenek.

• Felépítés:
  • Prepreg (előre gyantázott) szénszálas szövet, amit hűtött állapotban tárolnak, és szobahőmérsékleten formáznak.
  • Laminálási eljárás során a rétegeket kézzel vagy géppel fektetik egymásra, az igénybevételek irányának megfelelő szálirányban.

• Szerkezeti előnyök:
  • Rendkívül magas fajlagos szilárdság – az acélnál 5–7-szer erősebb lehet tömegarányosan.
  • Ellenállás torziós és hajlító erőkkel szemben.
  • Energiaelnyelő képesség: baleset esetén a karbonszál szétroppanása elnyeli az ütközési energiát.

• Alkalmazási területek:
  • Monocoque (vázszerkezet).
  • Első és hátsó szárnyak.
  • Diffúzor, padlólemez, oldaldobozok.

3. Vákuumformázás és autokláv – Hibátlan minőség és szerkezeti integritás

A karbonszálas alkatrészek gyártásának kulcsfolyamata a vákuumformázás és az ezt követő autoklávos hőkezelés.

• Vákuumformázás:
  • A karbonszálas rétegeket vákuumzsákba vagy -asztalba (szerszám) helyezik, és légmentesen lezárják.
  • A szerszám egyik pontjára egy vákuumszivattyút csatlakoztatnak, egy másikhoz pedig a műgyantát. 
  • Vákuumszivattyú segítségével kiszívják a levegőt, a szerszámból, amelynek helyét a műgyanta veszi át, amely egyenletesen szétterül a laminátumban, és távoznak belőle a légbuborékok is.
  • Ez kritikus lépés, mivel a gyantában maradt levegő gyengítheti a szerkezetet.

• Autokláv:
  • Egy zárt, hő- és nyomásálló kemence.
  • A hőmérsékletet (~120–180°C) és nyomást (~5–7 bar) szabályozva történik a gyanta kikeményítése.
  • Az eredmény: teljesen homogén, hibamentes szerkezetű kompozit alkatrészek, amelyeket akár az FIA töréstesztjein is megbízhatónak találnak.

4. CNC megmunkálás – Hajszálpontos precizitás

A fém alkatrészek, különösen a motor, felfüggesztés, váltó és fékrendszerek elemei CNC (Computer Numerical Control) megmunkálással készülnek. Ez a technológia lehetővé teszi a komplex geometriai formák hihetetlen pontosságú előállítását.

• Gyakran használt anyagok:
  • Titán: kiváló szilárdság/tömeg arány, korrózióálló, gyakori a felfüggesztési alkatrészeknél.
  • Alumínium és magnézium: könnyű, jól forgácsolható, gyakran alkalmazzák váltó- és motoralkatrészekhez.
  • Inconel: magas hőállóságú, nikkel-króm alapú ún. szuperötvözet, kipufogórendszerekben használatos.

• Géptípusok:
  • 3- és 5-tengelyes marógépek, esztergák, szikraforgácsoló, lézervágó, csőmegmunkáló gépek.
  • Automatizált szerszámcserélők és mérőberendezések biztosítják a folyamatos, szinte emberi beavatkozás nélküli gyártást.

• Előnyök:
  • Akár mikronos pontosság.
  • Ismételhetőség: minden alkatrész közel azonos minőségű.
  • Felületkezelési lehetőségek (eloxálás, nitridálás stb.).

5. Gyors szerszámgyártás és kis szériás vákuumöntés

Amikor nem éri meg többezer darabos sorozatokat gyártani – például egy új szárnyelem tesztverziójához – a csapatok gyakran alkalmaznak gyors, alternatív szerszámkészítési eljárásokat.

• 3D nyomtatott öntőformák:
  • Hőálló anyagokból készülnek, néhány órán belül gyárthatók.
  • A formába epoxigyanta, poliuretán vagy más gyorsan kötő anyag kerül.

• Vákuumöntés:
  • Hasonló a kompozit eljáráshoz, viszont itt általában a szerszám szilikongumiból készül.
  • Az anyagot vákuum alatt öntik a formába, hogy légbuborékmentes legyen.
  • Gyorsan cserélhető formák, 5–20 darabos kis szériákhoz ideális.

• Alkalmazás:
  • Szezon közbeni frissítések.
  • Versenyhétvége előtti gyors iterációk.
  • Ideiglenes alkatrészek teszteléshez vagy prezentációhoz.

6. Hibrid technológiák – Több eljárás kombinálása

A modern Forma–1-es gyártás nem kizárólag egyetlen technológia alkalmazásáról szól, hanem a különböző módszerek intelligens kombinálásáról.

• Például egy alkatrész:
  • Szerkezeti váza CNC-vel mart titán.
  • Burkolata karbonszálas kompozit.
  • Belső csatornái 3D nyomtatással kialakítottak (például hűtőcsatornák).

• A különböző anyagok és eljárások optimalizálása a cél teljesítmény, súly és gyártási idő szempontjából.

Összegzés

A Forma–1 gyártástechnológiái túlmutatnak a versenyautó építésen – ezek a módszerek a világ legfejlettebb ipari innovációinak kísérleti terepei. Az itt kifejlesztett és alkalmazott eljárások nemcsak a versenypályán hoznak eredményeket, hanem utat mutatnak a jövő közlekedésének, repüléstechnikájának, sőt az orvostechnikának is.

 

A nem túl távoli jövőben a TOFI design is szeretné új szolgáltatásként bevezetni a kisszériás vákuumöntési technológiát. Amennyiben érdekes számodra a téma és lehetőség, iratkozz fel hírlevelünkre, hogy az elsők között értesülj!

Ha esetleg más szolgáltatásaink, vagy épp termékeink érdekelnek, nézz szét a webshopban: többek között egyedi vászontáska, egyedi bögre, egyedi póló készítéssel állunk rendelkezésedre, ha szeretnéd vállalkozásodat reklámozni!