Motorsport, quando l’innovazione supera la velocità

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Se si chiede qual è la prima cosa che viene in mente quando si dice “motorsport”, probabilmente la risposta sarà “velocità”. Le automobili utilizzate nelle competizioni sono un capolavoro di ingegneria di precisione e i team delle scuderie continuano a investire nei rispettivi bolidi prima, durante e dopo la gara, collaudandoli e mettendoli a punto per mantenere un vantaggio competitivo.

Ma nonostante l’obiettivo principale sia la velocità in pista, i team motorsport devono fare i conti anche con l’accelerazione che avviene a motore spento, tra cui i regolamenti che cambiano rapidamente nei rispettivi circuiti e i tempi ridotti tra serie e gare.

Questi regolamenti limitano l’investimento che ogni team può affrontare in termini di innovazione, inoltre impongono limitazioni per quanto riguarda i materiali e le tecnologie utilizzabili. Se da un lato questi regolamenti vengono messi in atto allo scopo di uniformare i team, dall’altro limitano la capacità di fornire innovazione ai team migliori.

Puntare sull’innovazione di un’intera auto da corsa, spesso con tempi molto ridotti tra una gara e l’altra, può essere un’impresa costosa.

I metodi di produzione tradizionali richiedono attrezzature che impongono tempi di produzione lunghi, ma il tempo è un lusso che questi team non possono permettersi.

Come spiega Kevin Baughey, responsabile del segmento Transportation & Motorsports di 3D Systems, per superare queste sfide, i team del motorsport hanno scelto di ricorrere alla produzione additiva per accelerare l’innovazione, consentendo una rapida iterazione della progettazione di parti e sistemi per migliorare le prestazioni e ridurre i costi.

La produzione additiva permette ai team delle scuderie di gestire molteplici applicazioni in modo più efficiente ed efficace di quanto non fosse possibile in precedenza.

Sviluppo di innovazione per il vantaggio competitivo

I regolamenti tecnici del motorsport, sebbene impongano limitazioni riguardo a numerosi aspetti dell’innovazione attuata dai team degli sport motoristici, non hanno ostacolato l’arte ingegneristica e l’immaginazione.

Alcuni fra i più prestigiosi team di sport motoristici hanno adottato la produzione additiva per sfidare le limitazioni e concretizzare le proprie idee, accelerando l’innovazione e migliorando le prestazioni delle vetture.

Adottando soluzioni che comprendono materiali, tecnologia di stampa 3D e software supportati da un’esperienza consolidata, è possibile produrre parti resistenti e accurate, in grado di sopportare le difficili condizioni della pista e favorire lo sviluppo di vetture destinate al successo.

La produzione additiva permette a Sauber Motorsports AG di ottenere cicli di sviluppo dell’aerodinamica più produttivi, grazie alla velocità, alla resa e alla precisione elevate delle parti utilizzate per le prove, al fine di ottimizzare il tempo di prova regolamentato

Accelerazione delle prove nella galleria del vento

I miglioramenti aerodinamici sono fondamentali per esaltare le prestazioni, poiché consentono ai team motorsport di mettere a punto e migliorare il comportamento della vettura, ottimizzando la deportanza, la resistenza aerodinamica e il raffreddamento.

Una semplice riduzione del 5% della resistenza aerodinamica può aumentare la potenza del 25%, ma il raggiungimento di questo risultato può richiedere la progettazione e la produzione di 600 parti alla settimana. La valutazione delle prestazioni e dell’efficacia di qualsiasi innovazione richiede tempo nella galleria del vento.

Tuttavia, essendo l’accesso spesso limitato, i team devono sfruttare al meglio il tempo a disposizione, iterando i progetti rapidamente e applicandoli ai nuovi modelli. Grazie alla produzione additiva, gli ingegneri delle squadre automobilistiche possono, nell’arco di poche ore, stampare in 3D più iterazioni di parti accurate in nanocompositi, che contribuiscono a ridurre al minimo la resistenza aerodinamica e la portanza, mantenere la stabilità e migliorare le prestazioni.

Inoltre, i componenti dei prototipi realizzati mediante la produzione additiva riproducono le caratteristiche di design e superficie delle parti finite per rendere le prove aerodinamiche più efficaci. Ora è anche possibile integrare facilmente le prese di pressione nella fase CAD e stamparle come singoli componenti, in modo da fornire una raccolta di dati completa al reparto di aerodinamica e al contempo garantire che il processo di assemblaggio rimanga semplice e veloce.

Sauber Motorsports AG ha costruito uno stabilimento interno altamente produttivo per soddisfare l’elevata richiesta di prove nella galleria del vento. Questo parco macchine per la produzione additiva è uno dei più grandi d’Europa e consente a Sauber Engineering di mantenere il suo inarrestabile ritmo innovativo.

Ora il team è in grado di ottenere cicli di sviluppo dell’aerodinamica più produttivi grazie alla velocità, alla resa e alla precisione elevate delle parti utilizzate per le prove, al fine di ottimizzare il tempo di prova regolamentato. Sauber Engineering produce mediamente ogni giorno 100-150 serie di parti stampate in 3D, 80-90% delle quali sono destinate alle prove nella galleria del vento.

English Racing ha collaborato con Metal Technologies Inc (MTI) alla creazione di una nuova puleggia per la pompa dell’olio mediante la stampa 3D in metallo. In sole cinque ore è stato realizzato un prototipo funzionante che ha ridotto la pressione dell’olio facendo registrare velocità da record per la categoria di appartenenza del veicolo

Ottimizzazione di peso, forza e inerzia

Gli ingegneri del motorsport devono progettare vetture che siano in grado di garantire prestazioni eccellenti in condizioni estreme, quali temperature molto elevate e vari tipi di forza, tra cui deportanza, rotazione e attrito. Questo interessa in modo particolare i componenti strutturali. Con la progettazione orientata alla produzione additiva, gli ingegneri possono esercitare un maggiore controllo sul rapporto resistenza/peso delle parti in metallo delle auto da corsa.

La produzione additiva offre infatti una più ampia libertà di progettazione, consentendo di creare parti che non sarebbe possibile ottenere con i metodi tradizionali. Oltre a progettare in modo diverso, la produzione additiva comporta la riduzione del numero di parti; di conseguenza gli assiemi multiparte possono spesso essere prodotti come parti monolitiche. La costruzione di sistemi strutturali in metallo a partire da più componenti aumenta il numero di possibili punti di rottura, che corrispondono praticamente a ogni saldatura necessaria durante l’assemblaggio di più parti. Grazie alla progettazione per la produzione additiva (DfAM), gli ingegneri possono creare parti integrate e durature contenenti un numero inferiore di componenti, eliminando gli onerosi tempi di assemblaggio.

Il team motorsport di English Racing, nell’Oregon, ha riscontrato un problema con l’auto da corsa Mitsubishi Evo: dopo la messa a punto, la pressione dell’olio saliva subito a un livello troppo alto provocando il guasto del motore. English Racing aveva una teoria secondo la quale una nuova puleggia con un diametro maggiore avrebbe ruotato più lentamente, con il conseguente calo della pressione dell’olio. Tuttavia, la produzione di tale elemento rappresentava una sfida enorme. La puleggia originale era una parte fusa, che solitamente richiede uno stampo, l’attrezzatura per produrre lo stampo, un lasso di tempo notevole e un’ingente quantità di denaro.

Dopo avere tentato di produrre la parte per oltre due anni senza successo, English Racing non vedeva una soluzione accettabile. Fino al felice incontro con Metal Technologies Inc (MTI), che ha offerto una soluzione innovativa, ovvero la stampa 3D in metallo. Questa collaborazione ha permesso di preparare velocemente i dati di progettazione per la stampa 3D e di produrre un prototipo funzionante in cinque ore. Nell’arco di tre giorni, la parte è stata montata sull’auto da corsa Mitsubishi Evo e collaudata in pista. La parte funzionava perfettamente, riducendo la pressione dell’olio ai livelli di sicurezza e facendo registrare velocità da record per la categoria di appartenenza del veicolo.

Miglioramento di aerodinamica e fluidodinamica

Esistono numerose applicazioni per la produzione additiva nel motorsport. Condotti dell’aria, contenitori, tubi, coperchi protettivi e giunti spesso richiedono un elevato grado di flessibilità e/o durabilità che i metodi di produzione tradizionali non sono in grado di garantire. La produzione additiva fornisce invece parti con proprietà meccaniche eccezionali, che consentono una migliore gestione dell’aria e dei fluidi.

Questo è dovuto principalmente ai materiali utilizzati per creare le parti. Negli ultimi 12-18 mesi sono stati compiuti progressi enormi nell’ambito dell’innovazione dei materiali per la stampa 3D, per consentire la produzione di parti in plastiche ad alte prestazioni. Questi materiali durevoli e termoresistenti sono particolarmente importanti per le applicazioni del vano motore necessarie ai team degli sport motoristici. Ora è possibile creare parti resistenti con geometrie complesse consolidate, ad esempio collettori di aspirazione stampati in 3D, per migliorare il raffreddamento interno dei sistemi, ottenere una migliore protezione dei componenti, ridurre gli assemblaggi ed evitare le perdite di fluidi.

Il team motosport di Formula 1 Alpine ha sfruttato i vantaggi della produzione additiva per far fronte alle sfide del settore delle corse automobilistiche in costante mutamento. Grazie alle tecnologie di stereolitografia e sinterizzazione laser selettiva, il team è in grado di produrre maschere e dispositivi complessi, banchi di flussaggio e componenti per auto in ore piuttosto che settimane. La produzione additiva ha consentito al team di alleggerire le parti che aumentano la velocità e l’efficienza del carburante, nonché di eseguire prove fluidodinamiche accurate e informative per migliorare le prestazioni del motore e ridurre l’usura.

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