У серьезного технического вуза должна быть своя гоночная команда, и Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана — не исключение. Bauman Racing Team активно участвует в соревнованиях Formula Student и не менее активно использует аддитивные технологии и наши филаменты. Делимся подробностями.
Команда Bauman Racing Team четырежды становилась чемпионом российских гонок Formula Student. В этом году, на прошедших 25-28 июля соревнованиях в Санкт-Петербурге, команда заняла четвертые места в общих зачетах обеих категорий — гонок на болидах с двигателями внутреннего сгорания и электрическими силовыми установками.
Начинала команда с «классических» гоночных автомобилей с бензиновыми двигателями. Текущая версия болида с двигателем внутреннего сгорания — BRT-7 c одноцилиндровым мотором от мотоцикла Yamaha WR450F объемом 450 см^3 и мощностью сорок семь лошадиных сил, разгоняющим машину массой сто восемьдесят пять килограмм с нуля до ста километров в час за 4,2 секунды.
Бауманцы же стали первыми среди российских вузов, сконструировавшими электрический болид, когда эта категория была добавлена в соревнования. Сейчас команда соревнуется как на BRT-7, так и электрическом BRT-8D. Это еще более резвая машина: при массе болида в триста килограмм электрический двигатель EMRAX 228 с воздушным охлаждением выдает уже девяносто одну лошадиную силу, разгоняя машину с места до ста километров в час за 3,6 секунды.
Пожалуй, самыми необычными заездами стали соревнования 2022 года, когда бауманцы выкатили на трассу новый вариант BRT-8D, но без водителя в кокпите. Категорию Driverless Cup только ввели, и Bauman Racing Team стала единственной командой, успевшей подготовить беспилотную машину. В общем зачете того сезона команда заняла первое место.
Аддитивные технологии Bauman Racing Team использует в нескольких направлениях: с помощью 3D-печати бауманцы получают как конечные компоненты, так и оснастку для изготовления стекло- и углепластиковых деталей. Само собой, 3D-принтеры помогают и с быстрым прототипированием: получаемые образцы помогают с примеркой деталей перед изготовлением более дорогостоящих конечных компонентов, например металлических.
3D-печать металлами тоже нашла применение: в 2022 году компания «Остек-СМТ» и Центр аддитивных технологий государственной корпорации «Ростех» помогли команде с изготовлением ряда деталей методом селективного лазерного сплавления металлопорошковых композиций (SLM). Как видно на иллюстрации ниже, в проектировании этих компонентов —кронштейна рулевой системы и задних кулаков — использовалась топологическая оптимизация, позволившая значительно снизить массу деталей без потери прочности.
«В проекте по созданию первого беспилотного гоночного болида особенно хорошо заметны преимущества аддитивных технологий. Производство части подвески с помощью 3D-принтера позволило значительно снизить ее вес, увеличить жесткость, сохранив при этом все прочностные характеристики, что очень важно для гоночного автомобиля. Сегодня аддитивные технологии позволяют изготавливать любые изделия без ограничений в дизайне, существенно сокращая сроки производства. Так, детали для BRT-8D специалисты ЦАТ напечатали всего за шестьдесят четыре», — рассказал генеральный директор Центра аддитивных технологий Ростеха Владислав Кочкуров.
«Например, раньше поворотные кулаки были сварными, для этого требовалось производить множество не связанных между собой операций, а также привлекать высококвалифицированных специалистов. Теперь мы производим их при помощи аддитивных технологий», — поясняет руководитель отдела разработки шасси Леонид Зайцев.
Промышленное аддитивное оборудование в центре Ростеха
Металлическое аддитивное производство пока используется ограниченно, хотя в новой версии болида планируется добавить 3D-печатные узлы стальной рамы и маятниковые рычаги передней и задней подвесок, зато 3D-печать полимерами поставлена на поток. Команда полагается на 3D-принтеры нашего старого партнера — зеленоградской компании PICASO 3D, вместе с которой мы создали и выпускаем под брендом REC целую линейку инженерных композиционных материалов — филаменты серии X-line.
X-line включает разные варианты полимерных композитов с волоконным армированием, в том числе угленаполненный акрилонитрилбутадиенстирол FormaX, угленаполненный полиамид-6 UltraX, угленаполненный полиамид-12 Printamid 1284, стеклонаполненный полиэтилентерефталатгликоль GF Max и полипропилен с наполнителем из углеродных нанотрубок PPX.
Стекло- и углеволоконные наполнители не только повышают прочность и жесткость, но и заметно снижают усадку, что крайне желательно при 3D-печати функциональных прототипов механических деталей, где важна размерная точность, и особенно при построении крупногабаритных моделей, где линейная усадка наиболее очевидна. Многие из этих композитов доступны как на стандартных катушках массой 750 грамм нетто, так и двухкилограммовых бобинах для длинных проектов.
Еще один вариант композиционных материалов, также используемый бауманцами — линейка филаментов Clotho, созданная в кооперации с производителем 3D-принтров Imprinta. Линейка включает только один вариант, стеклонаполненный акрилонитрилбутадиенстирол, зато в нескольких оттенках.
Композиты X-line и Clotho используются в функциональном прототипировании, производстве конечных изделий, а также различных крепежей, инструментов и формовочной оснастки: некоторые варианты даже подходят для вакуумного автоклавирования при изготовлении углепластиковых деталей. Когда нужно просто примерить будущую деталь, либо отсутствуют строгие требования по прочности или теплостойкости, команда использует более доступные и простые в работе полилактид REC PLA и полиэтилентерефталатгликоль REC Relax.
Напоследок поделимся фотографиями реальных примеров 3D-печати, выполненных командой Bauman Racing Team в течение прошлого года.
Защитный кожух для камер беспилотного болида
«Жабры» для корректной работы радиатора охлаждения компьютера
Набор нервюр для переднего спойлера
Воздуховод системы охлаждения аккумуляторного контейнера
Оснастка для фрезерования алюминиевых сот поглотителя энергии при столкновении
Втулки для крепления защиты головы пилота на раму болида
Брызговики электрической машинки, используемой для проверки алгоритмов беспилотного болида в зимнее время года
Часть защитного корпуса платы AMS Slave (Accumulator Management System) внутри аккумуляторного контейнера
Кронштейн крепления руля на стенд отдела эргономики
Оснастка для выкладки композитных закрылков переднего антикрыла
Мастер-модель для изготовления композитного руля по термокомпрессионной технологии
Оснастка для изготовления маятникового рычага передней подвески