Come si progetta un pezzo in funzione dello spazio

Nelle monoposto da corsa di F1 il cablaggio è sempre più complesso, le power unit sono costituite da più parti integrate e lo spazio a disposizione è sempre meno: si interviene localmente applicando, per esempio, sezioni mobili a condotti di raffreddamento e canaline per cablaggi elettrici.

Una soluzione pensata da Crp Technology può essere estesa e applicata al mondo autoracing.

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 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.

Prendersi lo spazio che serve

Dato che una corretta alimentazione di aria nell’air box contribuisce a un miglior rendimento del motore a tutti i regimi di rotazione, 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.

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), la creazione di mock-up per test di assemblaggio, fitting (accoppiamento), la creazione di parti funzionali per test, la riduzione dei tempi di realizzazione del prodotto/progetto.

La validazione definitiva del 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

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 spazio nelle condizioni di setting più sfavorevoli.

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

Per avere più spazio e 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,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.

In seguito è stato realizzato un secondo prototipo, sempre in Windform GF 2.0. Una volta montato si è resa necessaria la correzione di alcuni particolari: 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.

Modifiche dopo due prototipi

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 e 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, che riveste una fase importante nella definizione del prototipo finale. La scelta della colla e l’adozione della tecnica corretta garantiscono la funzionalità del pezzo.

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