Stampa 3D di cruscotto e supporto di una moto da corsa, un campo di applicazione rivoluzionato dal Windform XT
Stampa 3D di cruscotto e supporto di una moto da corsa sono stati prodotti da CRP Technology per conto di CRP Racing per due moto da corsa Honda da 125 GP. Il gruppo è stato realizzato nel materiale composito rinforzato con fibra di carbonio Windform XT, e ha rappresentato un importante salto di qualità nel mondo delle corse motociclistiche, noto come una delle categorie più competitive ma conservatrici del Motorsport.
Il seguente caso applicativo descrive in dettaglio i benefici derivanti dall’impiego del materiale Windform XT e della tecnologia del Rapid Manufacturing per la produzione di un cruscotto speciale, in grado di contenere la centralina elettronica sviluppata internamente da CRP Racing (dipartimento racing di CRP), che avrebbe dovuto essere leggero e resistente allo stesso tempo.
Inoltre, è stato poi necessario studiare e produrre anche un nuovo supporto, per la stagione 2008, allo scopo di facilitarne la sostituzione in caso di caduta e rottura, così anche da ridurre i costi. Completamente diverso rispetto l’originale, il nuovo supporto è stato realizzato con struttura modulare in diverse parti per permettere un risparmio nei costi.
Introduzione
Gli elementi più importanti nelle gare di Motorsport sono la performance finale e la possibilità di produrre nuovi componenti di elevata qualità in breve tempo. Quando sono necessarie modifiche, il RM permette di apportarle in tempi brevissimi, riducendo il peso dei componenti, il costo degli stessi, permettendo anche la realizzazione di forme più complesse: un grande passo in avanti se confrontiamo queste parti con quelle realizzate in magnesio ed alluminio, lavorate dal pieno.
Il dipartimento RP di CRP Technology ha sviluppato il progetto del cruscotto e del suo supporto con l’impiego di Windform XT e della tecnologia SLS (Selective Laser Sintering).
Il Dipartimento di CRP Racing
CRP Racing nasce nel Dicembre del 2006 come Dipartimento Racing di CRP Technology. Il suo obiettivo iniziale è portare nell’ambiente conservativo delle moto da competizione la mentalità innovativa che la identifica in tutte le categorie al vertice: dalla F1 al Rally Raid, dalla Le Mans Serie al WRC. L’esperienza accumulata da CRP Technology in oltre trent’anni di Motorsport ai massimi livelli le consente di andare ben oltre il settore moto da corsa, sperimentando e progettando con il proprio staff nuove soluzioni.
Il dipartimento Racing si avvale del supporto tecnico e logistico di CRP Technology e ha a sua disposizione la miglior tecnologia applicata agli sport motoristici nel minor tempo possibile.
L’inizio di questa nuova realtà aziendale è coinciso con l’inizio del Campionato Italiano Velocità 2007 (CIV). I mezzi sviluppati in CRP Racing furono testati e messi a punto nei vari circuiti del CIV ma anche del Trofeo Honda 125GP, utilizzando 2 moto Honda RS 125GP sviluppate nell’azienda modenese. Questo include la progettazione e il test al banco.
Gli Sviluppi: Il Cruscotto
Il nuovo cruscotto realizzato in Windform XT e tecnologia SLS rappresenta una grande novità: in un unico pezzo integra la centralina elettrica, il data logger e la scatola della centralina!
Gli obiettivi
Il particolare doveva essere in grado di resistere alle infiltrazioni d’acqua, alle vibrazioni, agli scontri, alle alte o basse temperature anche ad una velocità di 240Km/h (150mph). Il componente doveva poi essere anche impermeabile e abbastanza resistente e rigido da proteggere i fragili componenti interni. Inoltre, la forma del pezzo è stata ottimizzata così da adattarsi alle esigenze di spazio del pilota e a non ostacolarne la visuale.
Tutte queste caratteristiche sono importanti per la performance finale: se i componenti elettronici della moto non funzionassero, nemmeno la moto potrebbe gareggiare!
La nuova centralina elettronica che equipaggia la Honda 125GP del team CRP Racing integra sia il data logger per la registrazione dei dati acquisiti durante il funzionamento del veicolo, sia la gestione motore.
La scelta di questa soluzione è stata dettata dalla necessità di avere un sistema molto potente dal punto di vista del calcolo e una gran quantità di canali a disposizione necessari per lo sviluppo dell’intero sistema (moto/motore/elettronica).
Le dimensioni ed il peso di questo sistema risultano importanti. Tipicamente gli involucri sono realizzati in lega di alluminio o di magnesio per le gare e in ABS o altri materiali plastici per la produzione.
Per cercare di limitare il peso e di conseguenza l’influenza del sistema sull’equilibrio ciclistico del veicolo si sono sfruttate le caratteristiche del Windform XT per realizzare sia l’involucro della centralina elettronica sia il supporto che la fissa al telaio del veicolo.
In dettaglio la scatola è stata realizzata con spessore di 1,2 – 1,5 mm e “avvolge” in maniera molto precisa l’ingombro delle schede elettroniche del sistema.
Il primo progetto consiste in un componente costruito in 4 pezzi: il contenitore, il coperchio, il supporto serigrafia contagiri e il coperchio interno.
La tecnica di realizzazione
Il cruscotto è stato realizzato mediante la stessa tecnologia SLS (Selective Laser Sintering) utilizzata per costruire prototipi rapidi per diversi settori.
Il processo SLS utilizza il sistema di stratificazione additiva. Il prototipo infatti viene prodotto mediante la sovrapposizione consecutiva di strati di materiale polimerico.
In una camera in atmosfera inerte e a temperatura costante un rullo, ruotando in senso inverso al suo avanzamento, stende uno strato sottile di polvere su una piattaforma, sulla quale è indirizzato il raggio laser che sinterizza il materiale, fornendo il Dt necessario alla fusione locale delle polveri. Il sistema non necessita di supporti perché il pezzo è sostenuto dalle polveri non sinterizzate.
Il materiale
La scelta del materiale Windform XT risulta essere la migliore e la più performante se confrontata con gli altri materiali usati in precedenza perché permette:
- di ottenere un pezzo estremamente più leggero e in tempi molto più rapidi, quali appunto quelli che solo il Rapid Manufacturing offre
- la realizzazione di una forma del pezzo più complessa
- un risparmio sul costo dello stesso pezzo lavorato dal pieno
I confronti con altri materiali dimostrano che Windform XT garantisce buone performance in diversi ambienti, sia con temperature che oscillano tra 2 e 35 °C, sia con temperature in pista che possono raggiungere anche 46 °C.
Molte soluzioni RP hanno problemi di permeabilità, perciò come precauzione sia l’involucro esterno sia il coperchio sono stati impregnati con un’apposita resina che ha lo scopo di impermeabilizzare la centralina.
Per completare il prodotto è stato necessario incollare la serigrafia esterna sul coperchio: essa consente di ridurre il bagliore e permette altresì la chiusura del coperchio. Questa è stata fissata per incollaggio.
Nella gara di Monza del Campionato Italiano Velocità 2007, ci sono state condizioni meteo abbastanza ostili durante tutto il week-end.
In quella occasione CRP ha potuto testare l’impermeabilizzazione della centralina.
Su una delle moto si sono verificate modeste infiltrazioni di acqua durante un turno di qualifiche disputato sotto una forte pioggia. Dopo analisi successive, CRP ha riscontrato che il punto debole non era il coperchio bensì proprio la serigrafia esterna, o meglio il collante.
Il collante generico utilizzato inizialmente e la forte umidità hanno interferito nelle caratteristiche della serigrafia, permettendo all’acqua di infiltrarsi all’interno della centralina stessa. E’ però da evidenziare il fatto che nonostante la presenza di acqua all’interno della centralina, questa abbia permesso di portare correttamente a termine il turno di prove ufficiali.
Per ovviare a questo problema si è dunque scelto di realizzare due tipologie di coperchio esterno. Nel primo esempio, la serigrafia è stata incollata con una colla specifica per Windform XT, mentre nel secondo è stato ricavato l’alloggiamento per inserire, mediante incollaggio, vetri in plexiglass.
Entrambe le soluzioni hanno dato risultati positivi in termini di impermeabilità.
Il supporto
Le differenti dimensioni del cruscotto rispetto allo standard hanno imposto l’utilizzo di un opportuno supporto, realizzato sempre in Windform XT ed ancorato ad un tubo in alluminio che a sua volta è agganciato, mediante viti, al telaio del veicolo.
CRP Racing si è dedicata allo studio e allo sviluppo di un supporto collegato al cruscotto.
Il fissaggio del supporto al tubo è fatto mediante un sistema “a morsetto” per impedire la rotazione di tutto il sistema lungo l’asse, ed è stato ricavato un grano di fermo direttamente sul supporto. In questo modo, in caso di eventuale caduta, viene tranciato il grano e nell’urto il cruscotto può muoversi riducendo il rischio di danno.
L’efficacia di questo sistema è stata verificata durante i test invernali, quando il pilota, forzando per verificare le regolazioni effettuate, è incorso in una violenta caduta.
In questo caso il grano di fermo si è rotto consentendo una rotazione del cruscotto come previsto. Il danno riportato è stato limitato alla perforazione della serigrafia esterna senza alcun danno all’hardware interno.
Il nuovo progetto del supporto 2008
Nella stagione 2008 del CIV e del Trofeo Honda CRP Racing ha ulteriormente migliorato il supporto allo scopo di ottimizzare il design. Questo ulteriore sviluppo ha mostrato eccellenti risultati.
Alla fine del 2007, infatti, dopo alcuni test e dopo la caduta del pilota in gara (si vedano immagini sopra), nonostante il danno non fosse di entità rilevante, e mentre il grano di fermo aveva provveduto a salvare il cruscotto, il supporto aveva invece subito un danno grave e CRP Racing fu costretta a sostituire l’intero sistema del cruscotto.
Sebbene il danno fosse limitato solo ad una piccola area, è stato necessario sostituire l’intero componente in quanto era costituito da un unico pezzo.
Per tale ragione, si è deciso nella nuova stagione di ottimizzare il design del supporto, così da facilitarne le modifiche in caso di rottura o caduta del pilota, riducendo anche i costi di realizzazione dello stesso (consentendo quindi la sostituzione della sola area del danno).
All’inizio della stagione 2008 l’ufficio CAD di CRP e il dipartimento di R&D, in cooperazione con lo staff di CRP Racing, ha testato un nuovo design che prevedeva il componente realizzato in più parti, così da facilitarne l’assemblaggio e il cambio sulla moto.
Nel futuro, in caso di caduta, sarebbe stato possibile sostituire solo le parti effettivamente danneggiate del supporto e non l’intero pezzo.
Sotto, alcune immagini CAD del nuovo design modulare del supporto 2008.
Il supporto è composto da 3 parti assemblate insieme, creando un resistente e perfettamente stabile supporto.
Come si può vedere dalle immagini, sia il cruscotto che il supporto sono uniti per fissaggio meccanico mediante viti ed elicoil. Questo garantisce molteplici smontaggi dei vari componenti.
Il supporto cruscotto sostiene anche il motorino della valvola di scarico e la vaschetta di recupero benzina. Nonostante le violente accelerazioni e decelerazioni, il supporto riesce ad assolvere egregiamente il suo compito smorzando anche le vibrazioni trasmesse alla centralina.
