ION Racing 2025: Redesign, Racing og Resultater med 3D-printing

3D-printede batterideler møter både sikkerhet og ytelse.

Bakgrunn

I sesongen 2025 støtter 3DNet ION Racing UiS, en studentorganisasjon ved Universitetet i Stavanger bestående av over 60 aktive medlemmer som deltar i Europas største ingeniørkonkurranse, Formula Student. I sammenheng med denne konkurransen reiser de hvert år til historiske Silverstone, i Storbritannia.

I løpet av hele sesongen blir det lagt inn tusenvis av timer i konsept, design, testing og produksjon av et elektrisk formula spec kjøretøy. Helt unikt for denne serien racing er at alle store systemer på bilen er designet av studenter, og en rekke komponenter produsert internt spesifikt for denne bruken.

ION Racing har de siste årene hatt sterke resultater og støtte fra bl.a. 3DNet. I 2024 sesongen kom de på 21. plass av 110 lag i tillegg til å sette rekord på sammenlagte poeng. I 2022 sesongen kom de hjem med prisen «most efficient car» og var det eneste av 27 lag som fullførte utholdenhetsløpet. I juli 2025 var studentene tilbake i England med deres nyeste bil, «Valkyrje», sett til høyre.

ION Racing UiS sin 2025 bil "Valkyrje" på Silverstone. (lMechE Formula Student)

For å forbedre designet, identifisere ION Racing problemet som hadde oppstått og årsakene til hvorfor dem oppstod. Brakettene som fester drivverket til rammen til bilen hadde bøyd seg under kjøring. Dette tyder på at komponentene har vært underdimensjonerte for bruksområdet. Da problemet ble oppdaget ble det gjort en full gjennomgang av alle kalkulasjoner gjort under 2024 designprosessen. Alle krefter som virker på komponentet ble analysert, og et nytt design ble fremstilt ved hjelp av 3D-modelleringsverktøy.

Det nye designet ble så simulert ved hjelp av en rekke programvarer som ANSYS Workbench, for å bevise at komponenten er passende for bruksområdet. Deretter ble siste parametere som materialvalg gjort, tekniske tegninger fremstilt og sendt til eksterne sponsorer for produksjon. Det ble benyttet en rekke prototyper, såkalte proof of concept, ved hjelp av 3D-printing. Dette er en rask prosess med lav kostnad og få begrensninger.

Drivverk braketter (ION Racing UiS)

Per i dag har teamet tilgang til flere ulike printere via 3D-printer labben på universitetet. Dette inkluderer Prusa Mk3S, Prusa Mk4, Ultimaker S5 og Bambu Lab X1-Carbon. Da 3D-printede komponenter kan ha en rekke egenskaper samtidig som kostnaden er lav og styrken er forholdsvis høy, gjør det teknologien veldig passende til bruk i flere områder på ION Racing UiS sin bil.

I henhold til regelverket for konkurransen, trenger de flammehemmende eller ikke elektrisk ledende komponenter. Dette er egenskaper som er svært vanskelig eller dyrt å oppnå med tradisjonelle metoder. 3D-printing benyttes derfor med stor suksess til komponenter internt i høyspent batteriet, beholdere til elektriske kretskort, montering av komponenter som pumpen til kjølesystemet på rammen, og deler av huset til den elektriske motoren. 3D-printing er også benyttet til håndtakene på rattet, da den består av en svært kompleks form, som hadde gjort det dyrt og tidkrevende å produsere med tradisjonelle metoder.

Innsiden av høyspent batteriet. De svarte komponentene er 3D-printet i materialer sponset av 3DNet. (ION Racing UiS)

Støtten fra 3DNet har vært særlig avgjørende i produksjonen av elektriske komponenter som vil ble brukt internt i høyspent batteriet. Tilgang til spesifikke materialer var kritisk, da det blir stilt strenge krav til komponentene og deres egenskaper.

Komponentene ble printet i UltraFuse PC/ABS FR, en blanding av polykarbonat (PC) og ABS med gode flammehemmende egenskaper og er benyttet til flere braketter internt pga dens elektriske og termiske egenskaper.

De aktuelle komponentene var grids og maintenance plugger, som er helt nødvendige for høyspent batteriet. Grids er et simpelt «brett», som benyttes for å støtte alle batterisegmentene når de plasseres i batteriet. Dette er viktig da for mye bevegelse av cellene under kjøring kan forårsake skade på cellene, og i verste fall selvantennende brann.

Maintenance plugger benyttes for å koble alle batterisegmentene sammen for å lage et batteri på samlet 500 V. Huset til koblingen er 3D-printet og i direkte kontakt med koblingene mellom segmentene. Dermed er det helt kritisk at materialet tåler elektriske påkjenninger. Dette hadde derfor ikke vært mulig uten tilgang til filamentet fra 3DNet.

På bildet ser grids, som ligger over battericellene. I tillegg kan man se maintenance pluggene, som er de større, sorte komponentene i midten og enden av battericellene.

Vegg langs støpeformen til karosseriet. (ION Racing UiS)

I fjor begynte ION Racing å eksperimentere med FDM-printing for å lage former. De fortsetter suksessen denne sesongen og bruker PETG for å 3D-printe formene de skal bruke til å støpe karbonfiber. PETG er nesten like kraftig som ABS, men hakket mer fleksibelt og mindre krevende i bruk. Karosseriet har svært krevende former, noe som gjør produksjon av former til støping av karbonfiber svært dyr og tidkrevende. Ved å benytte 3D-printede segmenter har laget kuttet kostnadene med over 50%, samtidig som resultatet fortsatt er bra. Prosessen består av å 3D-printe segmenter av formen på vanlige FDM printere før de limes sammen. Hele formen settes i vakuum og segmentene blir printet med relativt høy veggtykkelse og passende fyll. De blir også støttet opp med MDF plater. For å få best mulig resultat på overflaten til karbonfiberen, kreves det at formen er så glatt som mulig. Sprekker i de 3D-printete formene blir derfor fylt med sparkel, så blir et topplag resin lagt over hele formen og pusset ned til så glatt som mulig. Resultatet av dette arbeidet kan bli sett på bildet til venstre.

Totalt ble det produsert fire former for karosseriet og seks former totalt for alle vingeelementene til den aerodynamiske pakken til bilen. Dette var en stor suksess, hvor metoden vil bli brukt igjen til 2026 sesongen, og flere former er gjenbrukbare. Alt av karosseri og vingeelementer er støpt internt på universitetet ved bruk av 3D-printet former.

Stor suksess med 3D-printede former

2025 sesongen har vært en stor suksess for bruk av 3D-printede former. Med riktige innstillinger har materialene gode egenskaper til denne typen bruk. Alle formene overlevde å bli satt i vakuum, samtidig som det var enkelt å bytte ut segmenter om dem ble skadet eller endret på. Metoden var også en stor faktor for å kutte en stor kostnadspost for laget. Under en av støpene oppstod det en oppsamling av resin i en av sprekkene mellom 3D-printene. Når resin samles og herder, oppstår det ekstremt høy varme, noe som gjorde at deler av den ene formen deformerte seg. Dette var derimot ikke noe problem på grunn av hvor raskt man kan 3D-printe segmenter på ny. Teamet fikk derfor enkelt byttet ut de skadede segmentene, og suksessfullt støpt karbonfiber i formen!

ION Racing UiS sin 2025 bil "Valkyrje" under avdukingen i mai. (ION Racing UiS)

Bruk av 3D-printede komponenter og former har vært kritisk for laget i år. Støpeformene i 3D-printede materialer har kraftig kuttet kostnaden, samtidig som den har vist seg å være mer enn kapabel å overleve de enorme påkjenningene den opplever i et vakuum. Den har også latt teamet gjøre et komplett redesign av karosseriet for å gjøre den mer aerodynamisk.

Flere av komponentene som benyttes i det elektriske systemet hadde også vært ekstremt vanskelig å ta i bruk uten 3D-printing. Ulike filament-egenskaper innenfor elektrisk ledning og flammehemming, samt styrke og vanntetthet gjør det mulig å lage svært komplekse design, selv med en vanlig FDM printer.

På konkurransen i 2025 fikk ION Racing UiS for fjerde året på rad godkjent bilen til kjøring.Dette er noe som kun de færreste lagene på konkurransen får til. Dessverre oppstod det problemer med en defekt sensor internt i høyspent batteriet, som førte til at bilen måtte trekke seg fra utholdenhetsløpet. Sensoren har blitt brukt i en lang årrekke uten problemer, i tillegg til å ha blitt benyttet under testing av bilen før konkurransen, hvor bilen ble kjørt til tomt batteri uten problemer.

Mekanisk sett ble bilen godkjent i rekordfart.Fra testing før konkurransen vet man også at bilen klarer å kjøre på høy effekt uten problemer, noe som kan utnyttes til å samle en rekke data til høsten for å gjøre neste års bil enda bedre. Elektrisk sett ble også bilen godkjent til kjøring, som ofte er det største hinderet for helelektriske biler på konkurransen. Laget bestod også i år av en stor andel nye medlemmer, som nå har fått erfaringen som skal til for å ta laget videre.

ION Racing UiS står igjen med masse god erfaring, og gleder seg til starten på 2026 sesongen som er rett rundt hjørnet!