Ferrari doet beroep op 3D-printer voor innovatief motordesign

De orders van president Sergio Marchionne voor de wintermaanden waren strikt en helder: geen uitlatingen over de verwachtingen voor het Formule 1-seizoen 2017. De Scuderia heeft geleerd van de fouten die het twaalf maanden geleden maakte. Vol overtuiging werd geroepen dat de eerste race van het jaar gewonnen moest worden. Ferrari eindigde het seizoen zonder zege, op gepaste afstand van Mercedes en Red Bull Racing.

Dit jaar komt er inderdaad weinig naar buiten vanuit Maranello. Toch wordt er achter de schermen hard gewerkt aan de broodnodige sprong voorwaarts. De ontwikkeling van het project 668 verloopt voorspoedig. Het team loopt op schema om de 2017-bolide op 24 februari tijdens een filmdag op Fiorano voor het eerst de sporen te geven. De kans is echter aanwezig dat de bolide tijdens de wintertests wordt voorzien van tussenversie van de nieuwe motor. Op de motorenafdeling in Maranello zijn hoofdontwerper Sassi Lorenzo en Enrico Gualteri - verantwoordelijk voor de assemblage - druk bezig om ingrijpende veranderingen door te voeren. Dat moet leiden tot een grote stap voorwaarts. 

Technisch directeur Mattia Binotto - overgeheveld van de motorenafdeling - verwacht een doorbraak op motorengebied. De definitieve versie voor 2017 verschilt op nagenoeg elk vlak van de krachtbron van afgelopen jaar. De voornaamste verandering zit hem naar verluidt in de verbranding. De druk in de verbrandingskamer neemt behoorlijk toe met dank aan veranderingen aan het ontstekingssysteem dat de afgelopen jaren gebruikt werd. Er wordt gesuggereerd dat partner Magneti Marelli een nieuwe micro-injectie heeft ontworpen die zorgt voor de perfecte vlam voor de verbrandingskamer. Dat moet de prestaties verbeteren maar zorgt ook voor minder brandstofverbruik, wat een positief effect heeft op de consumptie. 

Komt de oplossing uit een 3D-printer?

De druk in de motor wordt door deze wijzigingen enorm groot - met een mogelijke druk van 400 bar. Ook de stijgende temperatuur kan een bedreiging voor de betrouwbaarheid vormen. Om problemen te voorkomen heeft Ferrari moeten kiezen voor een revolutionaire aanpak van het ontwerp van de krachtbron - en heeft besloten zich te concentreren op innovatie. Er zijn momenteel tests gaande met een nieuw ontwerp van de zuiger, voorzien van een nieuwe staallegering. 

Hoewel de FIA de fabrikanten beperkingen heeft opgelegd over de materialen die gebruikt kunnen worden, overweegt Ferrari afstand te doen van het aluminium dat doorgaans gebruikt wordt bij het produceren van de zuiger. De reden? De Italianen willen iets vinden dat beter om kan gaan met de toegenomen krachten (en thermische uitzetting) en geen compromis betekent voor de betrouwbaarheid. 

Aluminiumlegeringen zijn lichter dan staal maar kunnen minder goed tegen deformatie en breken eerder onder extreem hoge temperaturen. Extra gewicht in bewegende onderdelen zoals de zuigers is een groot probleem. Ferrari zoekt naar een oplossing die beter presteert en betrouwbaarder is. 

In de zoektocht naar de juiste legering maken de mannen in Maranello gebruik van de nieuwste technologie op het gebied van 3D-printing (in de industrie ook wel bekend als Additive Manufacturing). Met deze techniek kunnen de engineers dunne laagjes materiaal opbouwen. Dat maakt het mogelijk om complexe vormen te creëren die voorheen met de traditionele machines niet geproduceerd konden worden.

De vrijheid die 3D-printen met zich meebrengt, in combinatie met de productiesnelheid, houdt in de ontwikkeling van nieuwe onderdelen een nieuwe weg inslaat. Het gebruik van materialen als staallegeringen - wat in normale gietprocessen niet geschikt zou zijn voor de productie van een F1-zuiger - kan nu opeens wel overwogen worden aangezien er geen volledige oppervlakten meer gefabriceerd hoeven te worden. Honingraadontwerpen behoren tot de mogelijkheden. Dergelijke concepten combineren het voordeel van dezelfde stevigheid met een afname in gewicht.

Het is niet aannemelijk dat Ferrari het enige team is dat zich richt op deze nieuwe technieken maar het betekent wel een nieuwe stap in het productieproces. Binotto heeft in elk geval alle vertrouwen in de nieuwe methoden. Hij hoopt al op korte termijn de eerste successen te kunnen boeken - mogelijk al bij de start van het Formule 1-seizoen. 

Via Franco Nugnes, Motorsport.com Italië