Bugatti affina la perfezione con parti Bolide stampate in 3D ultra ottimizzate

Immagina componenti ultraleggeri resistenti come una colonna in cemento armato. Ora, come riporta Volkswagen nel suo nuovo blog, questo è possibile, grazie alla tecnologia guidata dagli ingegneri Bugatti. L’asta di spinta stampata in 3D di nuova concezione, una barra di accoppiamento caricata a pressione nell’area del telaio, pesa solo 100 grammi e può trasmettere forze fino a 3,5 tonnellate. La struttura cava in titanio con un arco di supporto interno offre una resistenza incredibile ed è l’ennesima innovazione AM tra le diverse parti Bolide stampate in 3D recentemente introdotte da Bugatti.

Questo nuovo progetto è guidato da Henrik Hoppe, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Nuove Tecnologie di Bugatti, che dal 2017 sviluppa materiali metallici innovativi e processi di produzione. Ha scritto la sua tesi di master su una metodologia di calcolo per una pinza freno in titanio stampata in 3D, che è il 43 percento più leggero del componente di produzione Chiron2 già altamente ottimizzato in termini di peso e altrettanto rigido.

“Attraverso la stampa 3D, è possibile produrre nuovi componenti cavi e ultracomplessi che sono irrigiditi dall’interno che sono molto leggeri e tuttavia estremamente rigidi e resistenti. Stiamo utilizzando questi vantaggi per un numero crescente di componenti nelle nostre vetture iper sportive”, ha spiegato Hoppe.

Nella sua tesi di dottorato, l’ingegnere industriale fa un ulteriore passo avanti. Hoppe sta sperimentando un nuovo sistema, a causa dei costi e dei tempi intensivi coinvolti nel ciclo completo della catena del processo di produzione, dall’idea alla consegna. Hoppe utilizza questo sistema per identificare il potenziale commerciale e tecnologico dei componenti metallici funzionali stampati in 3D per la produzione automobilistica e può migliorare questo potenziale con il targeting applicato a parti specifiche. In precedenza, questi tipi di componenti erano utilizzati prevalentemente nel settore aerospaziale.

Una struttura ossea

Bugatti utilizza abitualmente la tecnologia di stampa 3D per migliorare i componenti con strutture complesse. Il produttore di lusso francese applica i principi del campo della bionica per conferire ai componenti stampati una struttura simile a un osso: con pareti sottili, un interno cavo e ramificazioni fini. Ed è proprio in questo modo che i componenti ottengono la loro notevole rigidità nonostante il loro peso ridotto – con spessori di parete fino a soli 0,4 millimetri. “Continueremo a ridurre il peso delle nostre auto aumentando le loro caratteristiche innovative in ogni area immaginabile”, ha spiegato Henrik Hoppe. Dall’ideazione alla produzione fino all’installazione nel veicolo, l’ingegnere progetta e pianifica le singole fasi ed esegue tutti i calcoli. Ciò include anche una valutazione della fattibilità commerciale per la produzione dei componenti.

Bugatti è leader tecnologico nel campo della stampa 3D in metallo per l’automotive. Dall’inizio della produzione della Chiron, l’iper sportiva è stata dotata del primo componente funzionale in metallo stampato in 3D prodotto in serie: una piccola console della pompa ad alta pressione che trasporta acqua accanto al serbatoio del fluido di trasmissione. Nel 2018, Bugatti ha presentato il più grande componente in titanio stampato in 3D al mondo, una pinza freno in titanio. Questo è stato seguito dal più grande assemblaggio funzionale ibrido al mondo realizzato in titanio stampato in 3D e carbonio a spirale. “Questi componenti sono estremamente leggeri, robusti e durevoli, e quindi assolutamente adatti per l’uso nei veicoli di produzione”, ha affermato Frank Götzke, responsabile delle nuove tecnologie di Bugatti.

I nuovi materiali e processi di produzione vengono ora utilizzati nel vettore tecnologico Bugatti Bolide, che ha celebrato la sua anteprima mondiale alla fine di ottobre 2020. “In quanto veicolo sperimentale sotto forma di un’auto da corsa, la Bolide non è un’auto da esposizione; è un estratto senza compromessi pronto per la strada della completa competenza tecnologica di Bugatti. Gli appassionati di Bugatti troveranno queste tecnologie all’avanguardia anche in altri veicoli in futuro”, ha affermato Götzke.

Proprio come i turbofan tipicamente utilizzati negli sport automobilistici, Bugatti ha trovato un modo per includere compressori radiali su ruote forgiate in magnesio ultraleggere. Il loro aspetto è simile a quello di un cerchione, ma svolgono molteplici funzioni: pompano l’aria dai passaruota attraverso i freni e aspirano l’aria calda verso l’esterno. In questo modo, i turboventilatori raffreddano i freni e riducono al minimo la portanza. A differenza delle ben note soluzioni monomateriche, i componenti Bolide hanno una struttura ibrida. Questo è costituito da una ciotola centrale in titanio stampato in 3D con uno spessore di 0,48 millimetri e una piastra di carbonio spessa 0,7 millimetri con piccole lame interne, anch’esse in carbonio. Traverse con una larghezza di 0,48 millimetri aumentano ulteriormente la rigidità della ciotola centrale in titanio, che pesa appena 100 grammi. Tutto ciò si traduce in un peso totale inferiore a 400 grammi per un singolo turbofan da 18 ¼ di pollice sulle ruote posteriori (17 ¼ di pollice all’anteriore). Ciò non sarebbe possibile con una soluzione monomateriale in quanto non è possibile ottenere la specifica resistenza all’instabilità e rigidità flessionale.

325 grammi per 1,8 tonnellate

I componenti stampati in 3D altamente complessi vengono utilizzati anche in luoghi nascosti. Una staffa di montaggio per l’ala anteriore, su cui l’ala anteriore può essere montata a tre diverse altezze, è stampata in titanio da Bugatti. Con un interno cavo e uno spessore della parete di 0,7 millimetri, la staffa di montaggio può sopportare una deportanza aerodinamica fino a 800 chilogrammi, con un peso di soli 600 grammi. Il carico aerodinamico dell’ala posteriore, che può raggiungere fino a 1,8 tonnellate a 320 km/h, viene introdotto tramite la pinna centrale in carbonio del Bolide nella matrice strutturale superiore, che costituisce la terminazione superiore del telaio posteriore in acciaio inossidabile ad alta resistenza. All’interno di questa pinna centrale, è presente un componente in titanio laminato e stampato per il collegamento della pinna all’ala, per il quale è possibile regolare l’angolo tramite un’asta di accoppiamento. Nonostante la sua rigidità, pesa solo 325 grammi. Gli ingegneri usano anche il titanio per stampare la staffa per il montaggio del piantone dello sterzo, che presenta il supporto integrato del cruscotto, il collare di supporto per il piantone dello sterzo attraverso l’alimentazione e le due prese d’aria all’interno del veicolo. Tutti i componenti sono progettati come strutture cave leggere, con uno spessore di parete uniforme di 0,5 millimetri.

Il Bolide è dotato di controllo delle ruote basato sulla cinematica a doppio braccio oscillante su entrambi gli assi anteriore e posteriore. Sull’asse posteriore, gli elementi ammortizzatori a molla hanno una configurazione verticale, mentre sull’assale anteriore sono disposti orizzontalmente perpendicolarmente al senso di marcia. Le molle sono in titanio e gli ammortizzatori sono dotati di un meccanismo di regolazione e di un serbatoio, integrato internamente agli ammortizzatori dell’assale anteriore. Nel caso degli elementi ammortizzatori a molla orizzontali sull’assale anteriore, le forze di contatto verticali vengono trasmesse per mezzo di un collegamento situato direttamente accanto ai cuscinetti girevoli sui bracci trasversali inferiori tramite aste e bilancieri. Le staffe che controllano i bilancieri hanno uno spessore di parete di appena 0,4 millimetri e pesano solo 95 grammi ciascuna. I rocker pesano poco meno di 195 grammi ciascuno. Poiché l’aria scorre completamente attraverso l’assale anteriore del Bolide, i suoi componenti cinematici – sia i componenti in titanio stampati in 3D che i bracci oscillanti in acciaio inossidabile ad alta resistenza – sono estremamente leggeri, rigidi e aerodinamicamente ottimizzati. La resistenza alla trazione di questo e di tutti gli altri elementi stampati in 3D è di 1.250 N / mm2. “Utilizzando uno speciale processo di trattamento termico sviluppato internamente, otteniamo questa elevata resistenza alla trazione con una sollecitazione alla frattura contemporaneamente elevata di almeno il 19%”, spiega Götzke.

Asta da 100 grammi

Gli sviluppatori sono particolarmente orgogliosi delle aste di comando del Bolide. “Trasferiscono nei bilancieri una forza che, a seconda della manovra di guida, equivale a un peso fino a 3,5 tonnellate. Tuttavia, grazie all’implementazione di molteplici idee, pesano solo quanto una tavoletta di cioccolato, ovvero 100 grammi ciascuna”, ha spiegato Hoppe. Per la prima volta, gli sviluppatori Bugatti hanno variato lo spessore delle pareti delle aste vuote a pareti sottili. Diventano più spessi verso il centro e poi di nuovo più sottili, il che significa che sono adattati in modo ottimale allo stress localizzato. Simile a un osso umano, il componente ha una struttura interna. Anche questa speciale struttura è stata recentemente registrata come brevetto.

Nella copertura del rivestimento del tubo di scappamento, un componente ibrido realizzato in titanio stampato in 3D e ceramica, Bugatti ha ridotto il peso di circa la metà rispetto alle coperture del rivestimento del tubo di scappamento in titanio già ottimizzate in termini di peso ben note dalla produzione di serie. Il componente, che misura più di 280 millimetri di lunghezza e ha uno spessore di parete costante di soli 0,5 millimetri, pesa quindi meno di 750 grammi. Poiché il materiale ceramico è un conduttore di calore significativamente meno efficace del titanio, Bugatti ha introdotto speciali elementi in ceramica che sono incorporati nell’alloggiamento in titanio e centrano il coperchio rispetto alla pelle esterna in carbonio, in modo che la pelle esterna non venga danneggiata anche a gas di scarico elevati temperature. Questo scudo termico è supportato anche da un ugello Venturi incorporato: quando il gas di scarico caldo entra nel coperchio del rivestimento del tubo di scappamento, l’aria fresca viene aspirata, creando così una camicia di aria fredda attorno al flusso di gas di scarico caldo. Nella sua interezza, si tratta di un’invenzione per la quale Bugatti ha presentato domanda di brevetto.

Con il lancio della Bolide, l’iper sportiva da pista, qualche mese fa Bugatti ha presentato uno straordinario concept tecnologico. L’iconico motore W16 da 8,0 litri, con un massimo di 1.850 CV˚, alimenta un’auto che pesa solo 1.240 chilogrammi . Ciò equivale a un incredibile rapporto peso / potenza di 0,67 kg / CV, una velocità massima di oltre 500 km / h, una maneggevolezza perfetta e la massima agilità. “Sono i molti punti salienti tecnologici del Bolide che lo rendono così speciale. Ma questi possono anche essere trasferiti ai veicoli di produzione. Questo è ciò che stiamo continuando a sviluppare e su cui lavoriamo, perché Bugatti si è distinta con le sue innovazioni impressionanti per oltre 110 anni – e continuerà a farlo in futuro”, ha concluso Frank Götzke.