Presa d’aria realizzata con la tecnologia di Fabbricazione Additiva SLS e materiali Windform

Presa d'aria realizzata con la tecnologia di Fabbricazione Additiva SLS e materiali Windform
Condividi su

clicca qui per guardare il video

In F1 esistono problematiche simili a quelle descritte in questo case study. Nelle monoposto da corsa il cablaggio è sempre più complesso, le Power Unit sono costituite da più parti integrate e lo spazio a disposizione è sempre meno: con una frequenza sempre maggiore si interviene localmente applicando, per esempio, sezioni mobili a condotti di raffreddamento e canaline per cablaggi elettrici.
La soluzione qui presentata può essere estesa e applicata al mondo auto racing.

Per informazioni sui materiali Windform

Una nuova presa d’aria realizzata con la tecnologia di Fabbricazione Additiva SLS (Sinterizzazione Laser Selettiva) e materiali Windform®

Immagine di repertorio (CRP Racing, moto 125cc)

Immagine di repertorio (CRP Racing, moto 125cc). In rosso una presa d’aria simile a quella realizzata in Windform

Per un team motociclistico di Moto3, il Reparto di R&S di CRP Technology ha sviluppato una versione modificata del condotto di aspirazione dell’air box nella presa dinamica della bocca della carena della motocicletta. La nuova versione è stata realizzata in stampa 3D (attraverso la tecnologia SLS, ovvero Sinterizzazione Laser Selettiva) e con i materiali Windform®.

La modifica è frutto di un percorso intrapreso da CRP Technology insieme agli ingegneri del team motociclistico per risolvere le problematiche di spazio segnalate dal cliente nella zona dell’avantreno.
In corso d’opera, si è presentata una nuova esigenza, ovvero risolvere il problema dello schiacciamento della presa d’aria provocato dalla ruota anteriore in fase di frenata.
Questa problematica è emersa dopo la creazione e prova su pista del primo prototipo: la pressione esercitata sulla forcella durante la manovra di frenata, comportava l’affondamento della forcella stessa con conseguente schiacciamento della presa d’aria.
La presa d’aria, in quanto rigida, avrebbe potuto portare alla rottura del parafango.

Premessa

Una corretta alimentazione di aria nell’air box contribuisce ad un miglior rendimento del motore a tutti i regimi di rotazione.
Da qui è nata l’idea di prolungare la presa di ingresso aria fino alla parte anteriore della carena in modo da avere un flusso d’aria meno disturbato.

Obiettivi

  • Realizzare una presa d’aria nella parte anteriore della carena
  • Non modificare la parte ciclistica, ovvero telaio e piastre forcella, in modo da poter testare in pista i pregi e i difetti di questa soluzione

L’utilizzo della tecnologia di Sinterizzazione Laser Selettiva e dei materiali Windform® hanno consentito:

  • Totale libertà di forma e di progettazione eliminando i vincoli legati alla realizzazione (Design For Functionality invece di Design for Manufacturing)
  • Creazione di mock-up per test di assemblaggio, fitting (accoppiamento)
  • Creazione di parti funzionali per test
  • Riduzione dei tempi di realizzazione del prodotto/progetto

La validazione definitiva di questo nuovo componente è legata ad un reale riscontro in pista in termini di prestazioni, di affidabilità e di accessibilità, perciò è stato mantenuto lo stesso air box in modo da poter montare sia la presa d’aria tradizionale sia quella nuova, con lo scopo di acquisire dati di pressione durante il funzionamento in pista a pari condizioni.

Progettazione CAD della presa d'aria

Progettazione CAD della presa d’aria

Prototipo finale (senza bocchetta) dopo i test su pista

Prototipo finale (senza bocchetta) dopo i test su pista. Da notare, nella sottopiastra, i segni lasciati dallo schiacciamento del parafango nella condizione di massimo affondamento forcella

Procedimento

Mediante la tecnologia di Reverse Engineering è stata rilevata la parte di interesse.
Con il CAD è stato possibile progettare la presa d’aria rispettando i requisiti di ingombro nelle condizioni di setting più sfavorevoli.

Primo prototipo

Una volta determinata una bozza provvisoria della presa d’aria, è stato realizzato un prototipo in Windform® GF 2.0.

La scelta di utilizzare il Windform® GF 2.0 è legata alla necessità di contenere i costi in previsione di più test con più prototipi.
Il primo prototipo ha permesso di verificare il corretto andamento della progettazione.
Una volta montato, si sono notate alcune incongruenze: in particolare, una riduzione della sezione di passaggio dell’aria sottopiastra durante la manovra di sterzo e di affondamento della forcella.

Primo prototipo: Il condotto è stato montato e sono state annotate sul pezzo stesso le modifiche

Primo prototipo: Il condotto è stato montato e sono state annotate sul pezzo stesso le modifiche. Da notare i fori che si sono venuti a creare per garantire l’angolo di sterzo minimo

Per ottenere una superficie di passaggio di aria più grande, gli ingegneri hanno adottato un cambio di strategia: avrebbero realizzato la sottopiastra della presa d’aria in Windform® RL, il nuovo materiale rubber-like di CRP Technology, e la parte superiore (che è rigida) in Windform® XT 2.0. Le due parti sarebbero state unite tramite incollaggio.

Come primo passaggio, è stata realizzata una prova di incollaggio al fine di determinare la tenuta dei materiali e dell’incollaggio stesso.

Tre barrette in Windform RL, XT 2.0 e GF 2.0 sono state incollate per verificare l'adesione tra i diversi materiali

Tre barrette in Windform® RL, XT 2.0 e GF 2.0 sono state incollate per verificare l’adesione tra i diversi materiali

Secondo prototipo

In seguito è stato realizzato un secondo prototipo, sempre in Windform® GF 2.0

Confronto tra i due prototipi. Da notare come è stata ridistribuita l'area flessibile (in rosso) per diminuire il contatto col parafango e mantenere la mobilità dello sterzo

Confronto tra i due prototipi. Da notare come è stata ridistribuita l’area flessibile (in rosso) per diminuire il contatto col parafango e mantenere la mobilità dello sterzo

Una volta montato il secondo prototipo si è resa necessaria la correzione di alcuni particolari, e più precisamente:

  • nella zona anteriore, la parte morbida era poco estesa e le forcelle, sterzando da fermo, andavano ad invadere il condotto troppo vicino alla zona di incollaggio
  • nella zona posteriore il manicotto di attacco con la presa airbox era troppo vicino alla ruota anteriore nella condizione di frenata massima

Osservando il veicolo in condizione di massimo affondamento forcella si è inoltre notato che il parafango anteriore andava a schiacciare il condotto in una zona molto ampia nella parte morbida. Dal punto di vista della qualità di guida, si tratta di una condizione sfavorevole: nelle frenate più decise lo sterzo deve essere libero per permettere al pilota di correggere rapidamente la traiettoria visto che il peso grava quasi totalmente sulla ruota anteriore.
Si tratta di piccole correzioni, ma che dovevano essere eseguite rapidamente: in questa situazione delicata, il contatto di un componente gommoso con il parafango e quindi con lo sterzo, può peggiorare il feeling del pilota in staccata.

Pertanto si è deciso di modificare la presa d’aria:

  • riducendo la parte a contatto con il parafango
  • ampliando la parte in Windform® RL

La versione definitiva del prototipo è stata costruita in Windform® XT 2.0 (parte superiore, rigida) mentre la sottopiastra (parte flessibile) è stata realizzata in Windform® RL.
Le parti sono state accuratamente fissate mediante incollaggio.

Prototipo finale (senza bocchetta) dopo i test su pista. Da notare, nella sottopiastra, i segni lasciati dallo schiacciamento del parafango nella condizione di massimo affondamento forcella

Prototipo finale (senza bocchetta) dopo i test su pista. Da notare, nella sottopiastra, i segni lasciati dallo schiacciamento del parafango nella condizione di massimo affondamento forcella

Benefici che si ottengono realizzando la sottopiastra della presa d’aria in Windform® RL e la parte superiore in Windform® XT 2.0 (unite tramite incollaggio):

  • riduzione del peso della parte centrale -> Windform® XT 2.0
  • aumento della performance (perché più rigido è il materiale usato per costruire la parte superiore) -> Windform® XT 2.0
  • superficie ottimale in rettilineo -> Windform® XT 2.0 + Windform® RL
  • in frenata il parafango anteriore può toccare il condotto, dal momento che la parte inferiore è morbida -> Windform® RL
  • inoltre estendendo la parte morbida anche alla zona laterale del condotto, questo si può allargare verso le forcelle, dal momento che l’angolo di sterzata massimo si raggiunge soltanto ai box, quando la moto viene spostata dai tecnici -> Windform® RL

Sottopiastra della presa d'aria in Windform RL

Sottopiastra della presa d’aria in Windform® RL

Parte superiore della presa d'aria

Parte superiore della presa d’aria

Flessibilità della parte in Windform RL

Flessibilità della parte in Windform® RL

Incollaggio

L’incollaggio riveste una fase importante nella definizione del prototipo finale.
La scelta della colla e l’adozione della tecnica corretta garantiscono la funzionalità del pezzo.
In questo caso, si noti come l’incollaggio sia stato eseguito correttamente e in maniera uniforme, facendo sembrare la presa d’aria un pezzo unico.

Incollaggio. Dettagli

Incollaggio. Dettagli

Condotto completo montato

Condotto completo montato
Doppio clic sul video per ingrandire