F1發動機缸體是一位無名英雄，但它們是做什麼用的，又是如何製造的呢?
挑戰
發動機缸體是一種金屬結構，它本質上是發動機的“肋骨”，包括一些關鍵部件，如氣缸和水箱。由於燃燒過程的極端性質，發動機缸體必須承受嚴酷的溫度和壓力。在F1這個奢侈的世界裡，這種惡劣的環境更是變本加厲。在眨眼之間,一個F1引擎要完成200次點火,瞬時氣體溫度達到2600°C和隨之而來的壓力相當於4大象的重量作用在每個活塞上。
如今的F1規則，發動機轉向了小排量渦輪增壓發動機，這進一步增加了發動機內部的壓力和溫度，而巨大的溫度給製造工藝帶來了不小的挑戰，幾年前合適的材料現在在這種巨大的溫度下不再足夠堅固，隨之而來的冷卻要求增加了水箱內部形狀的複雜性，使傳統的鑄造和模具方法無法使用。
生產
克服這些製造限制不僅需要建立創新的技術，而且還需要確保能夠在實際水平上實現這些限制。傳統上，發動機缸體是用金屬鑄造的，但Grainger和Worrall開發的“砂印”技術徹底改變了鑄造工藝，被用於製造F1、LMP1、LMP2、WRC、WRX和Moto GP等發動機缸體和零部件。
砂印讓我們幾乎有無限的能力，在最小的限制下獲得形狀和尺寸。無論是賽車還是汽車，都在形狀、物理性能和機械性能方面增加了複雜性，而砂印技術在這方面做得特別好，使我們能夠進行優化。”
砂印技術類似於3D打印，將0.25毫米厚的沙子“打印”，中間再加一層化學粘合劑。通過這種方式，複雜的三維形狀逐漸被創建。你可能想知道這是如何能夠幫助工程師製造一個金屬發動機部件？這些複雜的砂印形狀被稱為“核心”，它們固定在鑄造的模具內。一旦熔化的金屬被注入並凝固，沙子就會被抖出來;留下了高性能引擎所需的複雜的孔和通道陣列。雖然砂印是一個相對簡單的概念，但為了達到最高的質量(對於這樣一個受力的部分來說，這是至關重要的)，在整個過程的每個階段都要應用大量的工程和科學知識。
生產過程（1）虛擬建模
第一步是生成一個3D CAD模型，就像賽車運動中的大多數部件一樣，這是一場設計師和製造商之間的戰鬥，設計師希望優化自己的外形，而製造商希望設計出一種他們可以實際生產的產品。在這一階段，模擬還用於分析模具和芯在接觸液態金屬時的行為。
砂印的功能從一開始就允許完全的設計自由，因為消除了許多物理限制。“我們現在可以在瓶子裡造船了，這是我們以前做不到的。
生產過程（2）鑄磨
一旦虛擬設計完成，工程師們就要從內到外的思考，因為要製造一個鑄件，成為“核心”，這就是砂印的由來。技術人員說:“我們有兩臺打印機，它們以類似的機械方式生產沙子，然後是冷固化過程，粘合劑在環境溫度下固定砂層，就像它們被打印出來一樣。因此，一旦零件完成，它們很堅固，適合大型模具。然而，對於更復雜的“核心”，我們需要更硬、更精確的砂，因此我們採用熱固化工藝。在這裡，打印機中的紅外燈加熱夾在沙子之間的粘合劑層，以啟動固化過程並蒸發任何水分，然後將零件放入微波爐進行最終固化。
砂的任務非常艱鉅,因為它不僅必須堅固,能承受700°C液態金屬的熱負荷,但也需要足夠軟，以便磨具從砂中取出。當與熔化的金屬接觸時，沙子會膨脹大約1%，這在尺寸上是不準確的。這就是為什麼我們不僅有幾種化學成分不同的沙子，還有不同的固化機制。
生產過程（3）澆鑄金屬
這似乎是一個簡單的階段，然而在澆注過程中，金屬可能會超過臨界速度，導致湍流，並顯著降低金屬質量。因此，採用精確設計的澆注系統來管理金屬填充模具時的質量和流量。
“我們從下部慢慢填滿模具，因為如果你從頂部倒下去，金屬會向下傾斜，那麼暴露在空氣中的表面積要大得多。最大限度地減少鋁與空氣的接觸對於避免氧化鋁是必不可少的。
實現高性能鑄造的秘訣是使用最高質量的金屬。然而，這是不可能的，因為整個金屬生命週期中的每個處理階段都降低了質量，並且引入了雜質的潛力。類似於超市的新鮮食品，每次從田地加工到您的盤子時都會失去味道。
生產過程（4）凝固
從理論上講，熔化的金屬通過向周圍環境(在大多數情況下是沙子)傳遞熱量而凝固。如果沙子是惰性的，熱惰性的，金屬就會永遠保持液態。自然地，金屬的傳熱速率取決於周圍的介質。因此，鑄件的某些部位可以進行隔熱以保持金屬處於液態，也可以放置在散熱器旁邊，散熱器的熱容很高(通常是鐵或鋼)，散熱速度很快(冷卻器)。這就是金屬從液態過渡到固態時，如何精確控制晶體結構的生長。
可以通過在模具中加入冷卻劑來調整凝固速度，以保證在高應力區域能夠形成最緻密的組織
這個過程不是瞬間發生的，它就像雪花的生長，以發生內部爆燃的氣缸蓋的氣面為例。這是一個典型的最容易發生問題的區域，所以我們需要首先將其固化，以形成更緊密的微結構和更小的晶粒。
生產過程（5）後處理
一旦零件被鑄造並經過一系列的加工和熱處理，分析就開始了。大多數部件直接進入CT掃描儀，在CT掃描儀中，一束X射線穿過部件，線檢測器在毫米級的切片中構建圖像。然後將這20GB的數據導入軟件程序，並最終生成實際部分的3D模型。
光學掃描系統，可以分析零件表面的測量數據並建立模型，儘管這無法“看到”零件的內部。然而，一旦校準，這些光學掃描儀使用一個預先設定的程序，並分析生產批量的質量，不需要操作員。
“通常，第一批零件是完全可用的，但我們可能會決定對我們的模具進行0.5mm或0.25mm的小調整。”Grainger and Worrall的性能產品主管菲爾·沃德解釋說，通過使用我們的CT和光學掃描儀，我們可以繼續這一迭代過程，以便在第二批或第三批產品達到完全調整後的狀態。“十年前製作一個鑄件，需要7周的時間來製作這個工具，然後對第一個樣品零件有一個很長的驗證過程，然後才能開始製作。”現在，我們可以在週四收到F1客戶修改後的設計，使用我們的噴砂工藝鑄造零件，在3小時內使用我們新的CT技術進行檢測，並在下週二提供比賽級別的零件。這是一個極端的例子，但這意味著我們的賽車客戶幾乎每週都能推出新產品，這與過去相比是一個激進的步驟。
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