El diseño de una batería para un vehículo eléctrico de competencia exige controlar simultáneamente seguridad, peso, aislamiento, precisión y resistencia mecánica.
En Formula Student, los sistemas deben cumplir regulaciones estrictas y soportar condiciones dinámicas significativamente más exigentes que las de una aplicación estática.
BCN eMotorsport utilizó HP Multi Jet Fusion y el material HP 3D High Reusability PA 12 FR, habilitado por Evonik, para fabricar los módulos internos de la batería de su monoplaza eléctrico.
La solución permitió integrar alojamientos, guías, soportes para tarjetas electrónicas y elementos de montaje en piezas complejas, ligeras y retardantes de flama, capaces de soportar cargas de hasta 40G.
El reto: integrar una batería de más de 100 kW
El paquete de batería estaba formado por cinco módulos idénticos.
Cada módulo contenía 28 celdas en serie y dos cadenas conectadas en paralelo.
El sistema completo podía entregar más de 100 kW a un voltaje nominal de 580 V.
Por ello, la estructura que protegía y organizaba las celdas debía cumplir funciones críticas:
- Separación eléctrica.
- Posicionamiento de celdas.
- Soporte de tarjetas electrónicas.
- Resistencia mecánica.
- Precisión dimensional.
- Protección frente a vibraciones.
- Integración con el sistema de gestión de batería.
- Cumplimiento de normas contra incendio.
Requerimientos de carga de hasta 40G
Los módulos debían soportar aceleraciones de:
- 20G en el eje vertical.
- 40G en dirección longitudinal.
- 40G en dirección lateral.
Estas cargas podían presentarse durante impactos, maniobras o condiciones extremas de competencia.
La geometría debía mantener las celdas y componentes electrónicos en posición sin generar deformaciones que afectaran el sistema.
Cumplimiento con UL94 V-0
Las regulaciones Formula Student 2025 exigían un desempeño retardante de flama equivalente a UL94 V-0.
Esto significa que el material debía limitar la propagación del fuego y cumplir requisitos estrictos de autoextinción bajo el método de evaluación correspondiente.
El uso de un polímero convencional no habría proporcionado necesariamente el nivel de seguridad requerido.
BCN eMotorsport seleccionó HP 3D HR PA 12 FR por su combinación de:
- Retardancia de flama.
- Aislamiento eléctrico.
- Resistencia mecánica.
- Baja densidad.
- Precisión.
- Estabilidad dimensional.
- Compatibilidad con HP Multi Jet Fusion.
HP 3D HR PA 12 FR para sistemas eléctricos
El material fue desarrollado para aplicaciones como:
- Carcasas eléctricas.
- Sistemas de almacenamiento de energía.
- Aislamiento.
- Componentes de potencia.
- Soportes electrónicos.
- Sistemas críticos de seguridad.
En el módulo de batería, el PA 12 FR permitió fabricar una estructura que cumplía tanto una función mecánica como eléctrica.
Esto redujo la necesidad de combinar múltiples materiales o añadir recubrimientos posteriores.
HP Multi Jet Fusion para geometrías complejas
La tecnología HP MJF permitió fabricar:
- Guías para celdas.
- Ranuras.
- Clips.
- Alojamientos.
- Soportes para PCB.
- Espacios para barras conductoras.
- Interfaces de montaje.
- Geometrías para cableado.
Estas funciones se integraron directamente en los módulos.
La página 3 del caso muestra el ensamble real con tarjetas electrónicas instaladas sobre la estructura impresa, lo que evidencia la función de la pieza como soporte y sistema de organización interna.
Producción de una sola pieza
Una de las ventajas principales fue la posibilidad de producir módulos o subensambles completos en una sola construcción.
La consolidación permitió reducir:
- Tornillos.
- Uniones.
- Ensamble.
- Tolerancias acumuladas.
- Puntos de desalineación.
- Número de proveedores.
Una pieza integrada también puede ofrecer mayor consistencia entre los módulos del paquete.
Sin mecanizado, lijado ni recubrimientos
El caso señala que los componentes salían del proceso listos para integrarse en el vehículo, sin requerir:
- Mecanizado.
- Lijado.
- Recubrimiento.
- Operaciones complejas de acabado.
Esto ayudó a reducir el tiempo entre impresión e instalación.
En un proyecto universitario de competencia, donde cada año se diseña un nuevo vehículo, acortar las etapas de postprocesado tiene un impacto importante en el calendario.
Precisión para el sistema de gestión de batería
Los soportes para tarjetas PCB y barras conductoras requerían posiciones controladas.
Una desviación podía afectar:
- Contacto eléctrico.
- Ensamble.
- Distribución de cables.
- Aislamiento.
- Mantenimiento.
- Integración de sensores.
La precisión de HP MJF permitió fabricar detalles pequeños y repetibles dentro de una geometría de mayor escala.
Modularidad para desarrollo y mantenimiento
El paquete estaba formado por cinco módulos idénticos.
Este enfoque modular facilita:
- Ensamble.
- Validación.
- Sustitución.
- Diagnóstico.
- Repetibilidad.
- Escalamiento.
La manufactura aditiva permitió fabricar los módulos con la misma geometría y mantener consistencia entre ellos.
Desarrollo rápido para Formula Student
Cada temporada, BCN eMotorsport diseña un nuevo monoplaza.
Esto significa que los componentes pueden cambiar cada año y que el tiempo de desarrollo es limitado.
HP Multi Jet Fusion permitió:
- Fabricar prototipos.
- Validar ideas.
- Realizar pruebas.
- Ajustar tolerancias.
- Producir piezas finales.
- Repetir geometrías.
- Reducir el plazo de integración.
La impresión 3D ayudó al equipo a pasar rápidamente de diseño a validación física.
Seguridad eléctrica y resistencia mecánica en una sola solución
Uno de los aspectos más relevantes fue combinar en un mismo material:
- Retardancia de flama.
- Aislamiento eléctrico.
- Rigidez.
- Baja masa.
- Precisión.
- Capacidad para integrar funciones.
Normalmente, estos requerimientos pueden obligar a utilizar varias piezas y materiales.
El PA 12 FR permitió simplificar la arquitectura del módulo.
Posibles aplicaciones futuras
BCN eMotorsport identificó otras aplicaciones para el material:
- Múltiples de refrigeración.
- Carcasas de distribución de potencia.
- Componentes estructurales con funciones integradas.
- Sistemas de aislamiento críticos.
- Elementos de gestión térmica.
- Soportes eléctricos.
- Componentes de alto voltaje.
Aplicaciones industriales del PA 12 FR
Más allá de Formula Student, este material puede evaluarse para:
- Vehículos eléctricos.
- Sistemas de almacenamiento de energía.
- Carcasas para baterías.
- Electrónica industrial.
- Conectores.
- Distribución de potencia.
- Sistemas ferroviarios.
- Automatización.
- Equipos eléctricos.
- Protección de circuitos.
La aplicación debe validarse según la norma, espesor, geometría y condiciones reales de uso.
Beneficios obtenidos por BCN eMotorsport
La combinación de HP MJF y PA 12 FR permitió:
- Cumplir requisitos UL94 V-0.
- Soportar cargas de hasta 40G.
- Mantener aislamiento eléctrico.
- Integrar clips, ranuras y soportes.
- Fabricar módulos ligeros.
- Reducir ensamble.
- Evitar mecanizado y recubrimientos.
- Mantener tolerancias controladas.
- Producir geometrías complejas.
- Acelerar la integración en el vehículo.
Conclusión
BCN eMotorsport utilizó HP Multi Jet Fusion y HP 3D High Reusability PA 12 FR para fabricar módulos del paquete de batería de su vehículo Formula Student.
Las piezas debían organizar 28 celdas por módulo, soportar un sistema de más de 100 kW y 580 V, mantener aislamiento eléctrico y resistir aceleraciones de hasta 40G.
El material retardante de flama permitió cumplir los requerimientos UL94 V-0, mientras que HP MJF integró soportes, guías, clips y alojamientos en una sola geometría.
Este caso demuestra cómo la impresión 3D para baterías de vehículos eléctricos puede combinar seguridad, ligereza, precisión y consolidación de componentes.
En Shift 3D ayudamos a empresas de movilidad, electrónica y manufactura a evaluar aplicaciones con HP Multi Jet Fusion y HP 3D HR PA 12 FR para carcasas eléctricas, sistemas de batería, componentes de potencia y piezas retardantes de flama.
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