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Sella e dashboard della prima moto elettrica stampati in 3D da CRP – doppio case study

A Modena, patria dei motori e delle supercar, è nata Ego, la prima moto elettrica ad elevate prestazioni di Energica Motor Company S.p.A., sviluppata rigorosamente con tecnologie da F1 e i materiali per sinterizzazione laser di ultima generazione Windform®.   Energica è stata realizzata ed ingegnerizzata grazie al Gruppo CRP. La sua pluridecennale attività (nel campo delle lavorazioni meccaniche di precisione e della stampa 3D professionale con la famiglia di materiali compositi Windform®) ha permesso la creazione di soluzioni innovative e all’avanguardia che hanno reso Energica un esemplare unico al mondo.

Energica è così arrivata sul mercato in tempi brevi, accelerando la fase di prototipazione e sviluppo prodotto.

Il progetto Energica nasce da una visione imprenditoriale della famiglia Cevolini, patron del Gruppo CRP, nel 2009 dopo l’esperienza di CRP Racing e parallelamente a eCRP.

Il Gruppo CRP è stato fondamentale per lo sviluppo industriale di Energica fin dai primissimi prototipi, che presentano parti realizzate con la tecnologia della Sinterizzazione Laser Selettiva e nei materiali compositi caricati fibra di carbonio o vetro Windform®. Questi sono stati ideati dal reparto R&S di CRP Technology, azienda del Gruppo che da oltre 20 anni si occupa di stampa 3D professionale.

Energica ha inoltre beneficiato dell’esperienza maturata dal Gruppo CRP in oltre 45 anni di attività come fornitore di soluzioni tecnologiche innovative e all’avanguardia a fianco delle maggiori squadre di F1, Moto GP, Rally Raid, ALMS. A loro il Gruppo ha sempre offerto un alto livello di supporto durante l’intero svolgimento dei progetti, dalle prime fasi del disegno e dello sviluppo fino al processo di costruzione, con conseguente riconoscimento di un approccio innovativo nell’uso di materiali e tecnologie inedite.

In questo articolo vi presentiamo due casi applicativi relativi alla realizzazione del prototipo funzionale della sella e del dashboard delle moto Energica.

Prototipo funzionale della sella

Il team di Energica si è avvalso del supporto e competenze di CRP Technology. L’uso della tecnologia additiva, unita ai materiali Windform®, ha consentito al team  di accorciare i tempi di validazione del disegno finale. La scelta di optare per la realizzazione di prototipi che consentissero uno studio approfondito per ridurre i margini di errore sullo stampo ad iniezione, è frutto di un percorso intrapreso da CRP Technology insieme agli ingegneri del team di Energica Motor Company.

La sella è formata da una parte morbida e da un telaietto, chiamato base sella. Quest’ultimo è un componente fondamentale: deve essere resistente (in quanto supporta la parte morbida che deve sostenere il peso del pilota), ma al contempo deve garantire la giusta flessibilità per non subire danneggiamenti derivanti dall’impiego della moto su strade sconnesse e nell’uso sportivo.

In più, la sella delle moto Energica è apribile per consentire l’accesso alla presa di ricarica: il meccanismo di apertura e chiusura riveste quindi un ruolo di primaria importanza.

Realizzazione dei prototipi in stampa 3D

CRP Technology ha realizzato due prototipi funzionali, utilizzando la tecnologia della sinterizzazione laser selettiva e i materiali compositi Windform®.

Su questi prototipi il team di Energica ha condotto l’attività di sviluppo dei componenti (studi ergonomici) e le verifiche delle soluzioni progettuali (prove di montaggio), applicando specifici piani di test (test su strada), atti a verificare sia la piena corrispondenza ai requisiti funzionali, sia il rispetto degli obiettivi di qualità e affidabilità richiesti.

Da notare che queste selle sono state utilizzate in tutti i test omologativi delle moto Energica, compresi quelli condotti da Bosch per la validazione dell’ABS.

 

Primo prototipo

La sella deve possedere caratteristiche estetiche, di comfort, resistenza (agli urti, impatti, agenti atmosferici e usura) e affidabilità.

Per far fronte a queste esigenze, CRP Technology ha realizzato il primo prototipo utilizzando il materiale Windform® RL per la parte morbida della sella, e Windform® GT per il telaietto (base sella).

Windform® RL è l’elastomero della famiglia dei materiali compositi ad alta prestazione Windform®. Si tratta di un materiale termoplastico durevole, con funzionalità e flessibilità simili alla gomma, adatto per applicazioni che necessitano di geometrie complesse e con un alto grado di elasticità.

Il telaietto (base sella) è stato realizzato in Windform® GT, materiale composito a base poliammidica caricato con fibre di vetro. Nella famiglia dei materiali Windform® per la fabbricazione additiva, Windform® GT si contraddistingue per la sua flessibilità non solo sul piano estetico, ma anche su quello prestazionale: Windform® GT combina infatti ottime caratteristiche di elasticità e duttilità a caratteristiche di resistenza all’impatto, risultando così un materiale apprezzabile in diverse applicazioni soggette a vibrazioni o ad urti di varia natura.

La fase successiva ha riguardato l’incollaggio delle due parti e il rivestimento del componente tramite fissaggio con punti metallici.

Durante questa fase non è stata riscontrata alcuna difficoltà o problematica: i materiali Windform® possono essere rivestiti con qualsiasi tipo di materiale, e consentono al rivestimento di aderire bene al componente permettendo un ancoraggio sicuro che resiste nel tempo.

Il prototipo in Windform® RL e Windform® GT è stato quindi restituito ad Energica, che l’ha testato montandolo direttamente sulla moto e provandolo su strada.

Secondo prototipo

Dai test effettuati sul primo prototipo, lo staff di Energica ha notato una leggera flessione della sella che andava oltre gli intenti iniziali.

La problematica è stata affrontata con il supporto dei tecnici di CRP Technology: all’interno della base sella è stata aggiunta una struttura con nervature allo scopo di irrigidire il componente.

Il pezzo modificato (base sella) è stato realizzato in Windform® GT attraverso la tecnologia della sinterizzazione laser selettiva. La parte morbida (nel protitipo 1, in Windform® RL) è stata invece sostituita con l’imbottitura definitiva.

La fase successiva ha riguardato l’incollaggio delle due parti, a cui è seguita quella di rivestimento e fissaggio tramite graffette. Lo staff di CRP non ha riscontrato alcuna difficoltà nel portare a termine queste operazioni.

Il secondo prototipo è stato consegnato ad Energica per i test funzionali, che si sono conclusi con un esito più che soddisfacente: la problematica della flessione eccessiva era stata brillantemente superata.

Il file è stato consegnato agli stampisti che hanno così messo a punto lo stampo per la produzione industriale.

Realizzazione del prodotto finito tramite tecnologia tradizionale

La tecnologia della stampa 3D professionale e i materiali Windform® hanno consentito al team Energica di accorciare i tempi di sviluppo prodotto, e di continuare a testare il componente/prototipo direttamente sulla moto in attesa del pezzo finito in plastica ad iniezione.

“Per noi – dichiarano dal team Energica – è stato fondamentale avere a disposizione un’intera gamma di materiali compositi, i Windform®, per costruire i prototipi funzionali: con il supporto dei tecnici di CRP, abbiamo selezionato il materiale che più si avvicinava a quello finale. La stampa 3D professionale di CRP Technology, unita ai loro materiali Windform®, ci ha permesso di lavorare a 360 gradi sui prototipi, effettuando tutti i test sia statici che dinamici, anche su strada. Terminate le prove, abbiamo potuto confermare senza indugi allo stampista lo stampo per la produzione dei pezzi in plastica: sapevamo che non vi avremmo dovuto operare alcuna modifica. Così abbiamo risparmiato tempo e soldi”.

Prototipo funzionale del dashboard

Fin da subito il team Energica ha avallato l’idea di realizzare un dashboard innovativo, capace di contenere, proteggere e isolare elettronica all’avanguardia e molto complessa: gli studi e i test condotti da Energica insieme al fornitore specializzato di fiducia Cobo hanno portato alla creazione di un dashboard da 4,3” costituito da un display a 16.7 milioni di colori a matrice attiva con ottima visibilità. La soluzione a matrice attiva rende il Dashboard Energica una vera e propria Human Machine Interface. Questa tecnologia consente di supportare con grande flessibilità il flusso di informazioni e interattività con il sistema veicolo. Ad esempio è possibile offrire ampi menu di configurazione e di diagnostica utente evoluta di facile comprensione.

Il team di Energica ha lavorato insieme al fornitore dello stampo ad iniezione per mettere a punto il dashboard.

Entrambi si sono avvalsi del supporto e competenze di CRP Technology, l’azienda del Gruppo CRP leader nel campo della stampa 3D professionale con la famiglia di materiali compositi Windform®.

CRP Technology si è occupata della costruzione dei prototipi funzionali.

Realizzazione dei prototipi in stampa 3D

Anche in questo caso, CRP Technology ha realizzato in tutto tre prototipi funzionali, utilizzando la tecnologia della sinterizzazione laser selettiva e il Windform® LX 3.0, materiale composito a base poliammidica caricato con fibre di vetro.

Su tutti e tre i prototipi sono state condotte le attività di sviluppo e validazione dei componenti (hardware e software) e le verifiche delle soluzioni progettuali, applicando specifici piani di test atti a verificare sia la piena corrispondenza ai requisiti funzionali, sia il rispetto degli obiettivi di qualità e affidabilità richiesti.

La scelta di optare per la realizzazione di prototipi che consentissero uno studio approfondito per ridurre i margini di errore sullo stampo ad iniezione, è frutto di un percorso intrapreso da CRP Technology insieme agli ingegneri del team di Energica Motor Company.

Primo prototipo

Il dashboard è stato realizzato in due parti separate. “I nostri fornitori di tecnologia tradizionale (gli stampisti) – dichiarano da Energica Motor Company – avrebbero impiegato cinque mesi circa a realizzare gli stampi per il prototipo. Grazie a CRP Technology e ai materiali Windform®, in due giorni abbiamo ricevuto il prototipo”.

La fase successiva ha riguardato l’assemblaggio dei componenti elettronici e il fissaggio delle due parti mediante mastice/colla. Durante questa fase, non è stata riscontrata alcuna difficoltà o problematica.

Il prototipo in Windform® è stato quindi restituito ad Energica, che l’ha testato montandolo direttamente sulla moto (nella foto 3 si nota l’attacco per la moto) e validato su strada: il prototipo, in condizioni di stress estremi, è risultato idoneo a proteggere componenti elettronici sofisticati grazie al materiale di costruzione utilizzato. Il Windform® LX 3.0 infatti, è un materiale non conduttivo, ideale per realizzare parti e applicazioni finali resistenti, che possono essere sottoposti a vibrazioni, urti, intemperie climatiche.

Secondo prototipo

Il secondo prototipo, grazie alle caratteristiche del materiale, è stato verniciato per condurre prove cromatiche.

Terzo prototipo

Il terzo prototipo è una versione ibrida che ha consentito allo staff Energica e agli stampisti di eseguire precise prove di montaggio: si tratta infatti di un modello che presenta la parte inferiore realizzata in stampa 3D e Windform® LX 3.0, e la parte superiore in plastica ad iniezione.

I test hanno dato esito positivo, e gli ingegneri di Energica si sono detti soddisfatti: le due parti sono state montate senza riscontrare particolari problematiche. Le tolleranze dell’iniezione plastica calcolate in ritiri sono le stesse del materiale Windform® utilizzato.

Realizzazione del prodotto finito tramite tecnologia tradizionale (stampaggio ad iniezione)

Approvato il progetto dal team Energica, gli stampisti hanno messo a punto lo stampo per la produzione industriale.

Ancora una volta, la tecnologia della stampa 3D professionale e i materiali Windform® hanno consentito al team Energica di accorciare i tempi di sviluppo prodotto, e di continuare a testare il componente/prototipo direttamente sulla moto.

“Abbiamo utilizzato i prototipi funzionali del dashboard per circa sei mesi, sottoponendoli ad ogni tipo di stress durante i test ride. Grazie ai prototipi in stampa 3D e Windform®, abbiamo potuto lavorare con gli stampisti in modo nuovo. Molto più di prototipi estetici, questi componenti funzionali ci hanno permesso di scandagliare l’applicazione, e annotare alcune migliorie per lo stampo definitivo. Abbiamo così risparmiato tempo e soldi: quando abbiamo dato l’autorizzazione a procedere con lo stampaggio ad iniezione, sapevamo che i pezzi sarebbero usciti perfetti e pronti all’uso”.

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