Пластиковая мастер-модель для карбонового сиденья

В июне 2025 года перед нашей студенческой инженерно-гоночной командой UGATU Racing Team встала задача спроектировать и изготовить карбоновое сиденье для гоночного болида Formula Student, процесс разработки которого состоит из большого количества этапов.

Первым этапом мы спроектировали эргономичное сиденье, которое должно проходить по техническому регламенту соревнований. Было решено изготавливать сиденье из карбона, который при небольшой массе имеет большую прочность и жёсткость, по сравнению с другими материалами. Чтобы сделать деталь из карбона нам было необходимо создать уникальную матрицу из стекловолокна, чтобы в последующем методом вакуумной инфузии получить готовую карбоновую деталь сиденья. Для изготовления данной матрицы (формы сиденья) нужно создать мастер модель, которая будет повторять внешнюю форму готового сиденья.

Исходя из этого мы спроектировали мастер-модель, которая получилась большой с габаритами 790х500х480мм. Наш принтер PICASO Designer X PRO имеет рабочую поверхность 200х200х210мм, поэтому было принято решение напечатать 21 деталь, и в последующем склеить их. Детали получились немаленького размера и время печати занимало более 15ти часов при заполнении >20%, поэтому в качестве оптимального заполнения мы выбрали значение 15% и максимальную скорость печати 80мм/с, что позволило нам незначительно потерять в прочности детали и напечатать мастер модель на 40-60% быстрее.

Ранее, до появления 3D-принтера, в качестве материала мастер-модели мы использовали модельную глину, но работа с ней занимала в 2 раза больше времени и трудозатрат. При печати некоторые детали были изготовлены с ожидаемой небольшой погрешностью и расхождением в местах соединения между собой, которые в последующем были исправлены с помощью шпатлёвки, т.к. поверхность деталей должна быть максимально гладкой, иначе последующая матрица и, соответственно, готовое сиденье будут с дефектами геометрии и излишней шероховатостью, что может быть причиной порчи дорогостоящей гоночной формы или даже травмы пилота.

Печать деталей осуществлялась на принтере с стандартными для нас настройками:

— температура сопла 220°C

— температура стола 60°C

— слой 0,21 мм

Детали находятся в постоянных условиях физико-химических воздействий с перепадами температур от +15°С (при комнатных условиях) до +70°C (при нагреве стекловолокна пропитанного смолой в специальной печи), где требуется стабильность размеров и геометрии.

В качестве материала, из которого производилась печатать детали мы выбрали самый доступный для нас пластик PETG от компании REC, который обладает данными физико-химическими свойствами:

— Диаметр нити 1,75 мм.

— Температура экструдера: 215–245 °С

— Температура платформы: 20–60 °С

— Плотность: 1,30 г/см³

— Прочность при растяжении: 36,5 МПа

— Максимальная нагрузка на сжатие: 6386 Н

Пластик показал хорошую межслойную адгезию, высокую химическую стойкость к гелькоуту и эпоксидной смоле. После печати детали получились легкие и просто подвергались обработке (шлифовке, склеиванию и отделению модели после пропитки смолой) без растрескивания.