Come Fanno le Squadre di F1 a Realizzare Parti in Fibra di Carbonio?

Le squadre di Formula 1 producono parti in fibra di carbonio utilizzando un processo altamente controllato che inizia con la progettazione digitale e termina con la polimerizzazione in autoclave. La maggior parte dei componenti è realizzata con fibra di carbonio prepreg, che viene stratificata negli stampi, sigillata sottovuoto, polimerizzata sotto pressione e calore, quindi rifinita e testata prima dell’uso in pista. Alcune parti possono passare dal concetto all’installazione in appena 45 ore.

La fibra di carbonio è essenziale nella F1 moderna. Combina peso ridotto e resistenza estrema, rendendola ideale per tutto, dal telaio e le ali ai braccetti delle sospensioni e condotti dei freni. Le parti devono sopportare elevati carichi, temperature e forze aerodinamiche, rimanendo al contempo abbastanza leggere da ottimizzare le prestazioni.

Come viene realizzata la fibra di carbonio nella F1?

Le parti in fibra di carbonio della Formula 1 sono realizzate con fogli prepreg, fibre di carbonio pre-impregnate di resina, che sono tagliate con precisione, stratificate negli stampi, quindi polimerizzate in autoclave sotto calore e pressione. Questo processo crea componenti rigidi e leggeri, capaci di resistere a carichi estremi in pista.

Fibra di carbonio prepreg: la base della costruzione F1

Le squadre di F1 utilizzano prepreg perché consente un contenuto di resina coerente e un controllo preciso su resistenza, peso e spessore. Il materiale arriva in rotoli ed è conservato a basse temperature per ritardare la polimerizzazione. Ogni foglio è tagliato in una forma specifica mediante macchine automatiche, secondo specifiche esatte derivate dai modelli CAD.

Questi pezzi vengono poi posizionati negli stampi con un’orientazione definita delle fibre. La direzione di ogni strato influisce sulla resistenza e flessibilità della parte finale. Strati multipli sono spesso utilizzati per rinforzare zone soggette a stress specifici.

Stampaggio, polimerizzazione e rifinitura

Lo stampo, spesso in fibra di carbonio esso stesso, è sagomato per combaciare con la parte finale. Una volta stratificato il prepreg, lo stampo viene sigillato all’interno di un sacco sottovuoto e inserito in un’autoclave. Lì, polimerizza sotto pressione (fino a 6 bar) e calore (tra 120°C e 180°C), solidificando la resina e legando le fibre.

Dopo la polimerizzazione, il componente viene raffreddato, rimosso dallo stampo, rifinito, ispezionato e testato. Molte squadre completano questo processo in meno di 48 ore, il che consente loro di realizzare aggiornamenti aerodinamici tra gare consecutive.

Le squadre di F1 realizzano le parti internamente?

Le squadre di Formula 1 sono tenute a progettare e realizzare internamente i componenti chiave delle loro vetture, ma possono ottenere altri componenti da fornitori o squadre partner. Questo modello consente loro di rimanere costruttori gestendo al contempo costi e complessità.

Cosa devono costruire le squadre in autonomia?

Secondo il Regolamento Tecnico della FIA, le squadre devono progettare e possedere la proprietà intellettuale di tutti i Componenti Elencati del Team (LTC). Questi includono:

• La cellula di sopravvivenza e la struttura primaria antirollio
• Strutture di impatto anteriori
• Componenti aerodinamici
• Sensore del serbatoio carburante e vescica del carburante
• Scambiatori di calore primari
• Applicazioni SECU del team

Le squadre devono dimostrare piena proprietà e controllo del processo di progettazione per queste parti. Questo è essenziale per l’integrità competitiva e in linea con lo status della F1 come campionato basato sui costruttori.

Quali componenti possono essere condivisi o acquisiti?

Il regolamento consente Componenti Trasferibili (TRC). Si tratta di parti che possono essere condivise tra squadre, tipicamente dove esistono collaborazioni tecniche. Esempi includono:

• Cambi e sistemi di frizione
• Componenti della sospensione interna e snodi
• Sistemi di sterzo assistito
• Sistemi di scarico oltre la turbina
• Alcuni componenti idraulici e del sistema carburante

Ad esempio, Haas acquisisce diversi componenti da Ferrari, mentre Red Bull e Visa Cash App Racing Bulls hanno esteso la loro collaborazione includendo più parti e infrastrutture condivise.

E le parti standardizzate?

Esistono anche Componenti a Fornitura Standard (SSC) che ogni squadra deve utilizzare. Sono forniti da un produttore designato per garantire parità sulla griglia. Includono:

• ECU standard e sistema di telemetria
• Sistemi frenanti e monitoraggio pressione pneumatici
• Telecamere TV, luci posteriori e registratore di dati incidenti

In aggiunta, i Componenti Open Source (OSC) sono progetti disponibili a tutte le squadre. Includono parti come la colonna sterzo, il meccanismo DRS e le pinze dei freni.

Perché questo è importante per le parti in fibra di carbonio

Pur costruendo internamente i propri componenti strutturali e aerodinamici in fibra di carbonio per mantenere segretezza e prestazioni, le squadre operano all’interno di un ecosistema regolato che bilancia indipendenza e cooperazione. Ogni componente rientra in una categoria specifica, integrando innovazione e controllo dei costi.

Che tipo di carbonio viene usato in F1?

Le squadre di Formula 1 usano compositi in fibra di carbonio di grado aerospaziale, progettati per i massimi livelli di prestazione, rigidità e risparmio di peso. Questo carbonio è molto diverso da quello utilizzato in applicazioni commerciali come biciclette o rifiniture automobilistiche.

Fibra di carbonio prepreg: lo standard dell’industria

Le squadre F1 usano principalmente fibra di carbonio aerospaziale di alta qualità, nota per il suo eccezionale rapporto resistenza/peso, rigidità e resistenza al calore. Questa fibra è solitamente pre-impregnata con resina epossidica, consentendo un controllo preciso su orientamento delle fibre e contenuto di resina durante la produzione.

I fogli prepreg vengono tagliati, stratificati in stampi e polimerizzati sotto alta pressione e temperatura in autoclave. Il risultato è un laminato ad alta resistenza e basso peso su misura per la sua applicazione.

Tipi principali di fibre e rinforzi

Le squadre F1 utilizzano un mix di fibre avanzate, tra cui:

• Fibre a modulo standard per parti strutturali generiche
• Fibre a modulo intermedio o alto per maggiore rigidità (come sospensioni o elementi aerodinamici)
• Tessuti spread tow per ridurre peso e migliorare la finitura delle superfici
• 3K, 6K o 12K tow, riferimento al numero di filamenti per fascio nella tessitura (impatta resistenza e flessibilità)

Queste fibre sono combinate con resine formulate per resistenza agli impatti, stabilità termica e ambienti ad alta vibrazione.

Carbonio ad alto modulo vs. standard

Gli ingegneri F1 selezionano il tipo di fibra in base a requisiti strutturali specifici. Il carbonio ad alto modulo offre maggiore rigidità ed è usato per monoscocche o bracci sospensioni. Il carbonio a modulo standard offre un equilibrio tra flessibilità e forza, ed è usato nella carrozzeria o superfici aerodinamiche.

Tessuti unidirezionali e intrecciati

La fibra di carbonio F1 può arrivare in tessuti unidirezionali con fibre orientate in una direzione – utili per controllo di carico specifici – oppure intrecciati per resistenza multidirezionale, impiegati spesso in zone visibili come carrozzeria o ali.

Considerazioni termiche e sull’impatto

Alcune componenti sono realizzate con materiali ibridi come fibre di aramide (es. Kevlar o Zylon) combinate con carbonio. Queste migliorano la resistenza agli urti e sono impiegate in zone soggette a detriti o incidenti. Il Zylon è anche obbligatorio in alcune strutture dell’abitacolo per maggiore protezione.

La fibra di carbonio usata in F1 deve rispettare standard prestazionali e di sicurezza rigorosi, ed è gestita con attenzione per garantirne l’integrità prima della lavorazione.

Alternative sostenibili emergenti

Pur restando lo standard di riferimento, team come McLaren hanno sperimentato compositi di fibre naturali (es. lino) in componenti non critici. Anche la fibra di carbonio riciclata è in sviluppo nell’ottica della sostenibilità.

Come vengono testate e validate le parti in fibra di carbonio

Prima che una componente in fibra di carbonio venga montata su una vettura F1, essa è sottoposta a test rigorosi per garantirne sicurezza, affidabilità e prestazioni. Questi test sono parte critica del ciclo di sviluppo.

Simulazioni e modellazioni

La validazione inizia nel mondo virtuale: attraverso analisi FEA (elementi finiti), gli ingegneri simulano come il componente reagirà a torsione, compressione, calore, vibrazioni e fatica. Queste simulazioni aiutano a ottimizzare distribuzione delle fibre e spessore prima della produzione fisica.

Test reali di impatto e fatica

Una volta completate le simulazioni, la parte viene costruita e testata fisicamente. I test a carico statico imitano gli stress in pista. Si applicano pressioni controllate, si utilizzano estensimetri per rilevare deformazioni.

I test di impatto e crash simulati sono essenziali per le parti critiche (es. monoscocca), che devono assorbire energia senza cedere, proteggendo il pilota.

Anche la durabilità è verificata tramite test ciclici che simulano l’usura su vari weekend di gara.

Com’erano fatte le vetture F1 prima della fibra di carbonio?

Prima degli anni ’80, le vetture erano realizzate principalmente con leghe di alluminio o tubi in acciaio saldati. Erano robuste ma pesanti rispetto ai compositi moderni.

Telai in acciaio: l’epoca iniziale

Negli anni ‘50 e ‘60, i telai spaceframe in acciaio erano la norma. Economici e rigidi ma pesanti, offrivano protezione limitata negli incidenti.

Monoscocche in alluminio: un grande passo avanti

Con la Lotus 25 (1962) si passò alla monoscocca in alluminio: più leggera e rigida, dominò per 20 anni. Alla fine degli anni ’70, si usarono nidi d’ape in alluminio per maggiore assorbimento ma ancora inferiori ai moderni compositi.

La rivoluzione della fibra di carbonio

Nel 1981, McLaren introdusse la MP4/1 con cellula interamente in fibra di carbonio: più sicura e prestazionale. Dopo un incidente sopravvissuto a Monza, la griglia adottò la stessa soluzione.

Oggi, l’alluminio è limitato a rinforzi secondari. La fibra di carbonio è il materiale chiave della F1 moderna.

Perché la fibra di carbonio è ideale per le F1?

La fibra di carbonio è perfetta per le vetture di F1 grazie a rigidità, resistenza alla trazione, peso ridotto, resistenza chimica e termica. Permette carrozzerie leggere ma robuste, rendendo le vetture più veloci, sicure ed efficienti.

La leggerezza migliora le prestazioni

Una vettura più leggera accelera, frena e sterza meglio. La fibra di carbonio pesa molto meno dei metalli tradizionali ma è più resistente, consentendo riduzione del peso senza rinunciare alla sicurezza.

La rigidità migliora il controllo del pilota

Poco flessibile sotto stress, la fibra restituisce un feedback preciso dal telaio e sospensioni, permettendo ai piloti maggiore controllo in curva e frenata.

Protezione dagli impatti integrata

La struttura a strati assorbe l’energia degli urti. Dispositivi come monoscocca, legacci ruota e halo sono in fibra per protezione del pilota.

Ottimizzata per aerodinamica

La modellabilità consente design aerodinamici precisi, migliorando il flusso d’aria, riducendo la resistenza e generando carico aerodinamico.

La fibra ha rivoluzionato la F1. Ogni parte è progettata con simulazioni digitali, curata in autoclave e testata rigidamente.

Con l’evoluzione della sostenibilità e dei materiali, le squadre esplorano nuove vie: dalla fibra di lino al carbonio riciclato, il futuro sarà dinamico come lo sport stesso.

Tradotto dall’articolo originale in inglese “How Do F1 Teams Make Carbon Parts?“