Moto3: la storia di una presa d’aria stampata in 3D con materiali innovativi

Moto3: la storia di una presa d’aria stampata in 3D con materiali innovativi

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Moto3: la storia di una presa d’aria stampata in 3D con materiali innovativi

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.

Migliorare l’alimentazione di aria

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 par te anteriore della carena in modo da avere un flusso d’aria meno disturbato. L’obiettivo era di realizzare una presa d’aria nella parte anteriore della carena senza 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 una 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 e la 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.

Il primo prototipo

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. Una volta determinata una bozza provvisoria della presa d’aria, è stato realizzato un prototipo in Windform GF 2.0 [1]. 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.
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[2], il nuovo materiale rubber-like di CRP Technology, e la parte superiore (che è rigida) in Windform® XT 2.0[3]. 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.

Il secondo prototipo

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

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.

I benefici

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.

L’ncollaggio

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.

I materiali

Windform GF 2.0 è un materiale composito a base poliammidica caricato vetro e alluminio. Presenta buoni valori di temperatura di inflessione sotto carico, di carico di rottura e dell’allungamento alla rottura. E’ molto duttile: si presta per diverse applicazioni in ambito racing e per applicazioni soggette a vibrazioni.

Windform RL è il nuovo materiale della famiglia delle polveri alta prestazione Windform® per l’Additive Manufacturing avanzato. Windform® RL è un materiale termoplastico, durevole, con funzionalità e flessibilità simili alla gomma. È il materiale di scelta per applicazioni in ambito Motorsport che richiedono flessibilità, resistenza, stabilità ed eccellente assorbimento degli urti. Cfr. http://www.windform.it/windform-rl-it.html

Windform XT 2.0 è un materiale composito a base poliammidica caricato con fibre di carbonio, famoso tra i professionisti del 3D printing professionale per le sue caratteristiche meccaniche. È particolarmente adatto per applicazioni ad alta prestazione proprie di settori come il motorsport, l’avio, l’aerospaziale e UAV.

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Source: Attualita
Moto3: la storia di una presa d’aria stampata in 3D con materiali innovativi

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