Race Up Team Padova: Leichter Hochleistungs-Kühler mit Formlabs 4L und High Temp Resin

Als das Race Up Team Padova einen Elektro-Rennwagen-Kühler von Grund auf neu entwickeln wollte, wurde schnell klar: Sie benötigten kundenspezifische Komponenten, die nicht nur der Hitze eines Rennwagens und Sicherheitsstandards standhalten, sondern auch in der studentischen Entsprechung der Formel 1 performen. Mit einem Formlabs Form 4L 3D-Drucker und Engineering-Resins bauten die Studenten einen kundenspezifischen Kühler, der 67 % leichter war als frühere Modelle – und fuhren aufs Podium.

Bis zur Saison 2024 nutzte das Team der Universität Padua einen Aftermarket-Kühler eines Herstellers, der sich auf Formel-Student-Fahrzeuge spezialisiert hat. Zwar waren diese Kühler Plug-and-Play und einfach zu integrieren, doch es gab Verbesserungspotenzial – insbesondere Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger Ableitung aller benötigten Leistungsverluste.

Mit einem Form 4L 3D-Drucker, Form Wash, Form Cure und Engineering-Resins baute Team Padova einen leichteren Kühler für ihren Elektro-Rennwagen, der beim italienischen Wettbewerb FS ATA auf dem Varano de' Melegari Circuit den dritten Gesamtrang erreichte.

Da kein Kühler auf dem Markt den Anforderungen des Teams entsprach, tauchten sie in die Forschung ein und entschieden sich für ein Design mit ovalen Rohren und Lamellen. Die erhaltenen Kühlermassen waren jedoch nicht mit Ein- und Auslassverteilern ausgestattet. Um ein Design vollständig an ihre Anwendung und Constraints anzupassen, wandten sie sich dem 3D-Druck zu.

FDM-3D-gedruckte Teile versagten sofort – sie hielten den erforderlichen Temperaturen nicht stand. Das Team wechselte zur Stereolithografie (SLA) und wählte High Temp Resin und den Form 4L.

„Nach umfangreicher Evaluierung, Tests und mehreren Prototyp-Iterationen wählten wir Formlabs High Temp Resin – ein Harz, das sowohl thermischer Belastung als auch den mechanischen Anforderungen der Anwendung standhält.“
— Race Up Team Padova

Das Kühlsystem ist in zwei getrennte Kreisläufe unterteilt: einen Wasserkreislauf und einen Luftkreislauf. Bauteile im Wasserkreislauf müssen Betriebstemperaturen nahe 80 °C standhalten. Deshalb wurde Formlabs High Temp Resin gewählt, das mit einer Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) von 238 °C @ 0,45 MPa die höchste unter Formlabs-Resins aufweist.

High Temp Resin wurde für folgende Teile verwendet:

• Ein kundenspezifischer Einlass, der die Kreiselpumpe mit dem Rohr verbindet, ohne Druckverlust einzuführen.
• Kundenspezifische Teile und Lüfter für den vollständig maßgeschneiderten Kühler.
• Der Wirbeltank – ein vollständig kundenspezifisch entwickeltes System zur Luftabscheidung. Wie der Name andeutet, erzeugt er einen Wirbel, der Luftblasen aus der Flüssigkeit trennt und entfernt, um die ordnungsgemäße Kreislaufleistung zu gewährleisten.

1. 3D-gedruckter kundenspezifischer Einlass. 2. Motorkühlmäntel. 3. Kundenspezifische Teile und Lüfter. 4. Wirbeltank. 5. Inverter-Kaltplatte.

Das große Bauvolumen des Form 4L ermöglichte es dem Team, zwei Platten und zwei Verteiler in einem einzigen Build zu drucken – effektiv einen Kühler in einem Druck. Nach der Nachbearbeitung in Form Wash und Form Cure sowie dem Schleifen der Anschlusspunkte montierte das Team die Teile mit Loctite EA 9497 Klebstoff.

Im Vergleich zum Vorjahreskühler reduzierte das Team das Gewicht um ca. 1.200 g – etwa 67 % Gewichtsreduktion pro Kühler. Da das gesamte Kühlsystem aus zwei Kühlern besteht, sparten sie 2,4 kg.

„Ein so positives Ergebnis, das uns die Gewichtsreduzierung ermöglichte, war nur durch den Beitrag von Formlabs möglich.“
— Race Up Team Padova

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Der Luftkühlkreislauf ist ein offener Kreislauf, der Luft aus dem zentralen Fahrzeugbereich ansaugt, um die Batterie zu kühlen, und diese hinten wieder ausstößt. Die Luft kühlt jede einzelne Zelle der Batterie über kleine Laschen, die Wärme von der Zelle an den Luftstrom übertragen. Dieses System hat spezifische Sicherheitsanforderungen gemäß den Formula-SAE-Regularien: Elemente, die mit dem Batteriepaket in Kontakt stehen, müssen aus UL-94 V-0 flammhemmenden Materialien bestehen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wählte Race Up Padova Flame Retardant Resin.

Der Luftkühlkreislauf muss aufgrund des Kontakts mit der Batterie aus UL-94 V-0 flammhemmenden Materialien bestehen.

Flame Retardant Resin ist ein spezielles, UL 94 Blue Card zertifiziertes Material für selbstverlöschende, halogenfreie Teile mit günstigen Flammen-, Rauch- und Toxizitätswerten (FST). Diese Eigenschaften ermöglichen den 3D-Druck von Teilen, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen oder Zündquellen – wie in der Nähe eines Batteriesystems – performen.

„Ohne Formlabs wäre eine solche Innovation nicht auf die gleiche Weise möglich gewesen: schnell, zuverlässig und präzise.“
— Race Up Team Padova

Zusätzlich zu High Temp Resin und Flame Retardant Resin nutzt Team Padova Rigid 10K Resin für Formen zur Laminierung von Carbonfaser und Clear Resin für Tests und Verifikation des Flüssigkeitsverhaltens. Der Form 4L ist agil, mit schnellen, einfachen Materialwechseln, was dem Team Zugriff auf die gesamte Formlabs-Resin-Palette gibt – so können sie für jede Anwendung das optimale Material wählen.

Während Team Padua beim FS ATA-Wettbewerb den dritten Platz belegte, arbeiten sie bereits an Verbesserungen für die nächste Iteration – einschließlich Rippen an Teilen für mehr Festigkeit, Strömungsoptimierung und Reduzierung des Luftwiderstands. Eines der Hauptwerkzeuge für die weitere Iteration? Form 4L und Formlabs-Resins.

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