Align Racing - Fra idé til bane

– slik brukte Align Racing 3D-printing i årets aeropakke

Hvem er vi?

Align Racing er en studentgruppe ved Universitetet i Agder (UiA) med et felles mål om å konkurrere i Formula Student-konkurranser. Dette er det fjerde året de konkurrerer med en elektrisk bil. Teamet består av over 70 studenter fra et bredt spekter av fagområder. Ingeniører, økonomer, markedsførere og designere jobber alle sammen et helt år for å bygge en flott bil og et enda bedre team.

3DNet har tidligere støttet Align Racing og bidrar også i sesongen 2024/2025, blant annet med filament og øvrige materialer. Som en av pionerene innen 3D-printing i Norge mener vi det er viktig å vise at teknologien er mer enn et leketøy – den løser reelle, industrielle utfordringer. Vi er derfor stolte av å legge til rette for at studentene bygger erfaring de kan ta med seg videre i arbeidslivet.

Teamet gjør de siste forberedelsene før kjøring under NTE (Nordic Test Event)

Denne sesongen utvikler Align Racing sin første egenutviklede aeropakke – en samling av aerodynamiske komponenter (frontvinge, bakvinge, sidevinge og understell) som øker grep, stabilitet og ytelse ved hjelp av luftstrømmen rundt bilen. 3D‑printing er nøkkelen til å lage formene til karbonfiber­delene, samt flere funksjonelle komponenter som krever lav vekt og høy temperatur­bestandighet. Det første halvåret fra august til januar ble brukt til å lage konsepter og designe systemer. De neste månedene etter dette ble brukt til produksjon. Her har laget fått levert mye materiell til 3D-printing fra 3DNet og har hatt mulighet til å designe, teste og printe ting effektivt internt i laget.

Formen som brukes til undersiden av hovedelementet på frontvingen.

Bakvingeformen under 3D-printing på en Ratrig 500 V-Core 3.

Til Aeropakken benytter ingeniør-teamet ulike typer former for å laminere karbonfiber. De har benyttet en rimelig variant av PLA, der dette materialet er sterkt nok for formålene og rimelig nok for å bli benyttet i større mengder. Prosessen de bruker for å produsere karbonfiber-deler innebærer ingen varmebehandling, men de benytter vakuumpakning som påfører mye trykk på formene. I disse tilfellene blir formen fjernet etter produksjon og vil ikke bli benyttet på bilen. Dette materialet krever derfor bare en relativt god styrke og må være rimelig nok for å bli benyttet til større former. Til sidevingene derimot har laget hatt behov for en vingeform som passer til den kompliserte overflaten til karbonfiberkarosseriet. Her ble PETG benyttet siden det kunne bli printet som en del på en Elegoo Orangestorm Giga printer som universitetet eier uten kabinett og avsug. Dette materialet er også UV-bestandig, som er viktig siden det ble brukt på bilen.

Strukturell aluminium på innsiden av frontvingen.

Deler som skal på bilen må tåle miljøet de skal være i, dette innebærer å tåle høye temperaturer, UV-stråling og i noen tilfeller være vanntett. Til dashbordet ble det valgt å bruke ASA (Acrylic Styrene Acrylonitrile), dette er et materiale som dekker både temperaturbehovene våre, tåler UV-stråling og er vannbestandig. Dette er viktig siden dashbordet vil være eksponert for UV-stråling fra solen og må også være vanntett for å beskytte elektronikken på innsiden.

Rattet var en annen del som ble laget av flere 3D-printede deler. Her ble det først printet flere ganger i PVC for å få en form som passet sjåførene godt, etter det ble rattet printet i et sterkere materiale og ble boltet sammen til en karbonfiberplate for å møte behovet for styrke.

Tekniske utfordringer og løsninger

Printerbegrensninger
3D-printeren som blir brukt er Ratrig 500 V-Core 3 uten innkapsling. Ettersom denne ikke har kammer, påvirker det muligheten til å printe materialer som krever høyere temperaturer eller avsug ved printing. Begrensningen til materialer som PLA, PETG og TPU er tatt med i betraktning i planleggingen. I noen tilfeller er det nødvendig å ha avsug på grunn av materialer som avgir farlige gasser eller gunstig med en større printer for å printe større sammenhengende deler, her har laget i noen tilfeller lånt printer fra universitetet eller privatpersoner innad i laget.

Størrelsebegrensinger
En byggelengde på 500 mm gjorde at større former måtte printes i flere seksjoner som ble limet eller boltet sammen. Siden Ratrigen til laget har dimensjonene (500x500x500mm) må mange av formene bli produsert i mange deler. Her må det legges inn bolthull i formene som skal produseres og i tillegg så må alle gliper sparkles og pusses for at formen skal være brukbar.

Våtlaminering av et enkelt vingeelement på universitetet.

3DNet på besøk under avduking

I april deltok 3DNet på Aligndagen. Vi stod på stand og fikk snakke med mange flinke folk på tvers av teamene, både innen økonomi, markedsføring og selve bilbyggingen. Det var inspirerende å se engasjementet og profesjonaliteten studentene legger ned – og ekstra stas å få prøve å sitte i bilen!

3D-printing har hatt en stor positiv innvirkning på både tidslinjen og fleksibiliteten i prosjektet. Det har gitt oss muligheten til å justere og produsere deler raskt, uten å være avhengig av eksterne leverandører eller lange leveringstider. Det har vært flere tilfeller der funksjonelle deler har blitt produsert og tatt i bruk på under et døgn, noe som ellers ofte tar flere uker om det måtte maskineres. En mindre 3D-printer ble også tatt med på konkurranser så deler som evt. ble knust eller manglet kunne bli printet på stedet.

Materialene fra 3DNet har også gitt laget mulighet til å lage mange iterasjoner av deler som rattet så det kan få den perfekte formen. En utfordring som laget opplevde var at mange ganger sviktet printeren som førte til at delene måtte bli printet på nytt. Ofte forekommer dette på grunn av innstillinger, men noen ganger kan dette skje selv med gode innstillinger på maskinen. På større deler som gjerne tar et døgn å printe er det tidskrevende og krever mye materiale og printe deler flere ganger. Det å finne de riktige innstillingene for materialet og printeren kan ta tid, i tillegg så blir alltid overflatene på de printede delene litt røff på grunn av layer-linjen. Former som skal bli brukt til kompositt må derfor alltid bli pusset som også er tidskrevende.

3DNet har levert mange forskjellige materialer med forskjellig styrke. Her kan mengden innfyll bli justert for å få den rette styrken laget krever. 3D-printede former er i utgangspunktet ment for å produsere en eller bare noen få vinger og har mer enn god nok holdbarhet for dette formålet.

Funksjonelle deler på bilen har også opplevd minimal slitasje etter testingsfasen.

Noen utfordringer som laget har hatt kunne blitt unngått med nyere printere eller annen teknologi. Størrelsen på printeren er alltid en utfordring når den skal printe deler til en bil, men kunne blitt unngått med en større printer. Det å kunne printe deler i metall kunne også gitt laget muligheten til å lage mer solide strukturelle deler til bilen enn med vanlig 3D-printing. En resinprinter ville også gitt laget muligheten til å lage mindre, men mer nøyaktige printede deler. Disse kunne for eksempel blitt brukt i en vindtunell for å validere bilens aerodynamiske egenskaper. Med nyere, mer avanserte printere kunne kvaliteten på de printede delene vært mye høyere, dette betyr at laget kunne spart mye tid på etterbehandling.

Dette året var laget på to forskjellige konkurranser, den ene konkurransen heter Formula Future og holdes på Circuit Meppen i Tyskland. Denne konkurransen var ny dette året og ble brukt for å teste bilen. Det var bare 5 andre lag tilstede på denne konkurransen og Align Racing var de eneste som klarte å fullføre alle de dynamiske øvelsene og vant derfor denne konkurransen! Laget fikk blant annet en elektrisk feil på bilen på denne konkurransen som førte til at viftene på radiatoren ikke ble skrudd på. Bilen hadde derfor nesten ingen kjøling og måtte kjøre ekstremt sakte på enduranceøvelsen.

På Formula Student UK (FSUK) var dette problemet fikset, men istedenfor fikk laget problemer med at bilen ikke laget høy nok lyd under oppstart, som blir brukt til å varsle folk i området om at bilen er skrudd på. I tillegg så var frontvingen for høy som skyldes noe uforutsigbart hjuloppheng i tillegg til for mye fleksibilitet i vingen. Bilen kjørte derfor uten frontvinge som gjorde bilen mer utfordrende å kjøre, men på tross av dette fikk laget 6. plass på endurance og 7. plass totalt i denne konkurransen med 623 poeng som er det beste laget har fått noen gang. Laget kom også i cost-finalen, som er en statisk øvelse der man skal forklare kostnadene og utslippene som kom fra produksjonen av bilen og endte på 5. plass på denne øvelsen.

Veien videre

Aeropakken har definitivt forbedret kjøreegenskapene til årets bil og muligheten til å printe funksjonelle deler i ulike materialer gir stor frihet til å designe deler på bilen. Det er derimot fortsatt stort forbedringspotensial og 3D-printing vil bli brukt mye i de kommende årene også. Det neste året er planen til Align å gjøre mange store endringer på aeropakken basert på hva laget har lært dette året. Her vil 3D-printede former være viktig, spesielt for mindre aerodynamiske komponenter der det vil være dyrt og tidskrevende å maskinere former for hver enkelt vinge.

Det viktigste til neste sesong er å redusere vekten på aeropakken. En av måtene dette vil bli gjort på er å erstatte aluminium inserts til tynne karbonfiber ribber på innsiden av vingene for å gjøre dem strukturelle. Her trenger man en liten form til hver karbonfiberribbe, disse vil sannsynligvis bli 3D-printet.

Mange av de rette platene produsert på en glassplate dette året vil også erstattes med mer kompliserte kurvete plater for å gjøre bilen mer aerodynamisk. Dette vil også kreve former som kan bli produsert ved å 3D-printe hvertfall på mindre plater.