3D 打印碳纤维模具与终端部件革新 Formula Student 赛车

Formula Student 是全球学生团队制造、竞速方程式赛车的年度工程设计大赛。TU Berlin 车队 FaSTTUBe 是最大参赛队之一，自 2005 年起每年派出 80-90 名学生。

本赛季，FaSTTUBe 推进三款不同赛车：燃油、电动、自动驾驶。秋至夏，团队完成设计、制造、装配、测试全周期，在商业模式、设计概念、成本报告、赛车性能——特别是动力、效率、耐久——上接受评审。

为加速开发、降低成本，团队引入 Form 3 SLA 3D 打印机。打印机支持快速生产原本不可能或成本高昂的零件。

1. 原型：快速打印防侧倾杆安装座、高压电池支架等组件原型。
2. 碳纤维零件模具：生产十余个高精度模具，制造复杂碳纤维组件。
3. 终端用途零件：约 30 个最终赛车零件——按钮座、换挡踏板、方向盘开关、软管和传感器连接器——直接用 SLA 树脂打印。

技术经理 Niklas Werner 和空气动力学与碳纤维制造主管 Felix Hilken 带我们了解这些创新。

3D 打印模具手工铺层碳纤维零件

上赛季方向盘碳板激光切割、握把和电子外壳用选择性激光烧结 (SLS)。为进一步减重，团队试验中空握把但材料强度不足。本赛季选碳纤维，提供优越强重比。

Hilken 开发用 3D 打印模具湿法铺层工作流——以最少工装高效生产碳纤维零件。

观看视频了解碳纤维铺层工艺。

用碳纤维，方向盘外壳重量从 120g 降至仅 21g。Hilken 一天内完成模具设计制造，实现传统工艺难以经济生产的几何体。

"3D 打印之美在于复杂形状与简单形状同等易创建，用同一设备同等精力。此处许多特性根本无法用其他工艺经济生产，" Hilken 解释。

Hilken 在 3D 打印模具上铺层三层碳纤维，再用二级负模压合。

他选 Tough 1500 Resin 因其平衡伸长率和模量——允许脱模时零件弯曲回弹。单模具约产 10 件，虽过程依赖操作员；小心处理防止纤维粘连或模具损伤。

对比外包 CNC 铝模具，此法大幅降低成本和交期。无 3D 打印，团队面临昂贵工装、长交期、有限设计自由。

3D 打印模具制造碳纤维零件

下载白皮书获取复合材料模具设计综合指南、预浸料和手工铺层碳纤维零件分步说明。

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成本与交期分析

内部 3D 打印模具削减人工和材料成本。假设工程师 $200/小时，方向盘对比如下：

从换挡踏板到线缆收集器的终端用途零件

除方向盘组件，整套方向盘零件——按钮座、换挡踏板、安装座、开关——用 Form 3 以 Tough 2000 Resin 打印确保耐用性，再喷漆统一饰面。

整车约 30 个 SLA 打印件。例如 Durable Resin 打印的线缆收集器整齐组织金属底盘周围线束管。

"这些组装线束很棒，外观好，首印象对评委很重要，" Niklas 指出。

团队还规划更多 3D 打印外壳、刹车灯端子、电动车 TSAL 组件——指示高压运行的灯光指示器。

金属 3D 打印前用树脂原型验证拓扑优化零件

3D 打印在原型复杂拓扑优化零件也关键。前端阀安装座——经拓扑优化设计——用树脂打印验证配合，再投入铝金属 3D 打印。

"树脂原型成本效益高、快速验证设计。配合完美，现将金属制造，" Niklas 说。

电动赛车电池单元支架也用 3D 打印原型验证。

为赛车季最终定型

FaSTTUBe 持续拓展 3D 打印在三车型应用范围。重大新项目是碳纤维进气道，需多部件模具、组装、手工铺层。

三辆赛车计划春季跑道测试。Werner、Hilken 和团队预期赛季将在 COVID-19 限制解除后开始。