Team Octane Racing y EOS optimizan la refrigeración del motor del coche con FA
Universidad Tecnológica COEP | Historia de éxito
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Libertad de diseño para geometrías internas complejas
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Garantiza una gran resistencia estructural
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El diseño integrado mejora la absorción del calor
En Team Octane Racing, creemos que la excelencia en ingeniería se sinteriza capa a capa. Con la impresión 3D en metal de última generación de EOS, hemos creado la carcasa perfecta para nuestros motores de buje, dando vida al primer coche de carreras FS de la India con motores de buje.
Piyush Goyal | Capitán, Team Octane Racing
El equipo Octane Racing se embarcó en un ambicioso proyecto: construir el primer coche de carreras de Fórmula Student de la India con dos motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) montados en el cubo.
Los métodos de fabricación tradicionales resultaron incapaces de producir el diseño complejo e integrado necesario. Esto llevó al equipo a explorar la fabricación aditivaFA de EOS.
El resultado fue una innovadora carcasa de motor ligera con canales de refrigeración conformados integrados, fabricada mediante DMLS, que gestionó con éxito las cargas térmicas y permitió un rendimiento óptimo y sostenido del motor.
El cliente y el proyecto
Team Octane Racing es el equipo oficial de Formula Student de la Universidad Tecnológica COEP de Pune, India. Fundado en 2010, el equipo tiene una rica historia de diseño y construcción de coches de carreras de estilo F1 para prestigiosas competiciones nacionales e internacionales como Formula Bharat y Formula Student Germany. Tienen experiencia en la construcción de múltiples coches de carreras con motor de combustión interna y vehículos eléctricos.
El objetivo del proyecto era crear el primer coche de carreras de Fórmula Student de la India equipado con dos motores síncronos de imanes permanentes de alta densidad de potencia montados directamente en los cubos de las ruedas. Una parte fundamental de este proyecto consistió en diseñar y fabricar una novedosa carcasa a medida para estos motores que incorporaba un eficaz sistema de refrigeración.
Estos motores de alta densidad de potencia, combinados con unas condiciones ambientales calurosas, planteaban un importante reto de gestión térmica. Al generar un calor considerable (que requería una disipación térmica de hasta 2,2 kW), necesitaban una solución de refrigeración eficaz dentro de las estrictas limitaciones de espacio del cubo de la rueda.
El desafío
El principal requisito técnico era crear una carcasa a medida con una gestión térmica eficaz para los nuevos motores de cubo PMSM de alta densidad de potencia.
Los motores generan mucho calor, hasta 2,2 kW por motor, que es necesario disipar. El calor no controlado reduce drásticamente la eficiencia y el rendimiento del motor y puede provocar fallos en los componentes, como rotura del aislamiento, fallos en los rodamientos, daños en los bobinados y desmagnetización de los imanes. Por tanto, una refrigeración eficaz era primordial para mantener el máximo rendimiento y garantizar la longevidad del motor.
Varias limitaciones de diseño complicaron la tarea. El fabricante del motor especificó una carcasa muy estrecha: 90 mm de diámetro interior, 120 mm de diámetro exterior y 105 mm de longitud. Además, el espacio dentro del conjunto de la rueda era extremadamente limitado, lo que impedía añadir una camisa de refrigeración independiente fuera de los 120 mm de diámetro de la carcasa. Esto hizo necesaria la integración de la carcasa del motor y un sistema de refrigeración eficaz, concretamente una camisa de refrigeración conformada, en un único componente integrado. El diseño debía maximizar tanto la integridad estructural como la capacidad de disipación del calor.
Las técnicas de fabricación tradicionales, como el mecanizado o la fundición, ofrecían una libertad de diseño insuficiente para los complejos canales de refrigeración internos en espiral necesarios. Integrar a la perfección la carcasa y la camisa de refrigeración era difícil, si no imposible, con estos métodos. Si se hubieran alcanzado los objetivos de rendimiento deseados con los métodos tradicionales, el resultado habría sido un componente mucho más pesado y grande, con un aprovechamiento deficiente del material (estimado en un 25-30%).
La solución: Fabricación aditiva EOS
Después de extensas iteraciones de diseño y estudios de viabilidad, el DMLS utilizando una EOS M 290 como la solución de fabricación ideal. El DMLS proporcionaba la libertad de diseño necesaria para geometrías internas complejas, ofrecía un importante potencial de reducción de peso y garantizaba una elevada resistencia estructural. Se seleccionó una aleación de aluminio, concretamente EOS Aluminium AlF357, debido a su conductividad térmica favorable, su relación resistencia-peso, su resistencia a la corrosión y su mecanizabilidad.
El equipo diseñó una innovadora carcasa cilíndrica integrada que incorporaba canales de refrigeración conformados internos en espiral. Este diseño integrado maximizaba la superficie de contacto entre los canales de refrigeración y los componentes del motor generadores de calor, mejorando la absorción del calor. De forma inherente, eliminaba los posibles puntos de fuga que suelen asociarse a los conjuntos de varias piezas. FA permitió una orientación precisa de las entradas y salidas de fluido y los puntos de montaje para una integración perfecta en el complejo conjunto de la rueda. El diseño final dio como resultado un conjunto de motor muy compacto y simplificado.
EOS desempeñó un papel crucial aportando su experiencia para optimizar los parámetros de impresión y postprocesado, de modo que la resistencia y ductilidad del proceso AlF357 pudieran superar las propiedades del aluminio forjado de grado 6061, según las normas internacionales. El cliente pudo imprimir y probar rigurosamente piezas de muestra para asegurarse de que los componentes finales no presentaban porosidad, tenían un acabado superficial liso y una resistencia mecánica comparable a la del aluminio billet AA6061.
Cruzar la línea de meta: Los resultados
El componente FA logró una notable tasa de disipación del calor. Esta refrigeración superior mantuvo la temperatura de la superficie del motor por debajo del umbral crítico de 50 °C, lo que permitió a los motores funcionar a un rendimiento máximo constante. La carcasa de fabricación aditiva pesaba sólo 1,3 kg, lo que supone reducir a la mitad el peso estimado (al menos 2,5 kg) de un componente comparable mecanizado tradicionalmente. Además, la pieza FA cumplía con éxito todos los requisitos de resistencia estructural, superando las propiedades del aluminio forjado de grado 6061 (~300 MPa con ductilidad >10%). Además, EOS Aluminium F357 ha demostrado ser un fuerte competidor para sustituir al AA6061 en aplicaciones exigentes, ofreciendo no sólo un rendimiento comparable, sino también una libertad de diseño significativamente mayor en comparación con los métodos de fabricación tradicionales.
Más allá de los parámetros de rendimiento, FA ofrecía claras ventajas de diseño y fabricación. Permitió integrar con éxito la carcasa del motor y los canales de refrigeración conformados en una única pieza monolítica. El equipo consiguió una geometría interna y externa muy compleja, adaptada con precisión a las necesidades específicas de embalaje y rendimiento del vehículo. El aprovechamiento del material mejoró drásticamente hasta superar el 95%, en claro contraste con el 25-30% estimado para la fabricación sustractiva. En última instancia, la tecnología EOS FA permitió directamente al equipo Octane Racing alcanzar su ambicioso objetivo de construir el primer coche de Fórmula Student de la India propulsado por motores de doble buje.
El futuro
La tecnología de fabricación aditiva de EOS resultó indispensable para el equipo Octane Racing, ya que proporcionó la solución crítica para superar los complejos retos de integración de diseño y fabricación asociados a la refrigeración de sus motores de buje de alto rendimiento. La adopción del DMLS aportó beneficios tangibles: una carcasa y un sistema de refrigeración totalmente integrados, una gestión térmica superior que permite mantener el máximo rendimiento del motor, una reducción significativa del peso y la realización de un diseño complejo inalcanzable por medios convencionales. Este proyecto pone de relieve el inmenso potencial FA para desarrollar componentes complejos, ligeros y térmicamente eficientes en aplicaciones exigentes de automoción de alto rendimiento y más allá. En particular, las propiedades resultantes superan las del aluminio forjado 6061 en la condición T6, lo que pone de relieve las ventajas que FA puede aportar a los materiales y al diseño.
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