Porsche offre maggiori dettagli sull’E-Drive stampato in 3D

Più leggero, più rigido, più compatto: come riportato dal partner di stampa 3D SLM Solutions, Porsche ha prodotto il suo primo alloggiamento completo per una trasmissione elettrica utilizzando la stampa 3D. L’alloggiamento E-Drive stampato in 3D sull’unità motore-cambio prodotto utilizzando il processo di fusione laser additivo ha superato senza problemi tutti i test di qualità e stress.

“Ciò dimostra che la produzione additiva con tutti i suoi vantaggi è adatta anche per componenti più grandi e sottoposte a sollecitazioni elevate nelle auto sportive elettriche”, ha dichiarato Falk Heilfort, Project Manager nel dipartimento Powertrain Advance Development del Porsche Development Center di Weissach. È concepibile che la trazione elettrica ottimizzata possa essere utilizzata, ad esempio, in un’auto supersportiva in edizione limitata.

Pacchetto prototipo

Gli ingegneri del reparto di sviluppo avanzato sono stati in grado di eseguire più fasi di sviluppo contemporaneamente con il prototipo. L’alloggiamento in lega prodotto in modo additivo è più leggero di una parte fusa in modo convenzionale e riduce il peso complessivo del drive-by di circa il dieci percento. Grazie a strutture speciali che sono diventate possibili solo grazie alla stampa 3D, la rigidità nelle aree fortemente sollecitate è stata comunque raddoppiata. Un altro vantaggio della produzione additiva è il fatto che è possibile integrare numerose funzioni e parti. Ciò riduce notevolmente il lavoro di assemblaggio e avvantaggia direttamente la qualità delle parti.

La stampa 3D apre nuove opportunità nello sviluppo e nella produzione di parti a basso volume. Porsche sta intensificando l’utilizzo della produzione additiva per l’ottimizzazione di parti sottoposte a sollecitazioni elevate. Qualche mese fa, i pistoni appena stampati si sono dimostrati efficaci con la 911 GT2 RS ad alte prestazioni sportive. L’alloggiamento per un azionamento elettrico completo ora sviluppato soddisfa anche requisiti di alta qualità. Nella stessa carcassa del motore elettrico è integrato il cambio a due velocità a valle. Questo approccio altamente integrato è progettato per l’uso sull’assale anteriore di un’auto sportiva.

Qualsiasi geometria

“Il nostro obiettivo era sviluppare una trasmissione elettrica con il potenziale per la produzione additiva, integrando allo stesso tempo quante più funzioni e parti possibili nell’alloggiamento della trasmissione, risparmiando peso e ottimizzando la struttura”, continua Falk Heilfort. Nessun altro processo di produzione offre tante possibilità e un’implementazione così rapida come la stampa 3D. I dati di progettazione possono essere inviati alla stampante direttamente dal computer senza passaggi intermedi come la realizzazione di utensili. Le parti vengono quindi create strato per strato dalla polvere di lega di alluminio. Ciò consente di produrre forme come alloggiamenti con condotti di raffreddamento integrati in quasi tutte le geometrie. Ogni strato viene fuso e quindi fuso con lo strato precedente. A tale scopo sono disponibili numerose tecnologie differenti. L’alloggiamento della trasmissione è stato prodotto con polvere di metallo ad alta purezza utilizzando il processo di fusione laser del metallo (LMF). Qui, un raggio laser riscalda e fonde la superficie della polvere corrispondente al contorno del pezzo.

L’ottimizzazione dell’azionamento elettrico è iniziata con l’integrazione progettuale di componenti come cuscinetti, scambiatori di calore e alimentazione dell’olio. Questa è stata seguita dalla definizione calcolata dal computer di carichi e interfacce. Su questa base è quindi avvenuta la determinazione dei percorsi di carico. Il passo successivo nel metodo di sviluppo virtuale è stato l’ottimizzazione dei percorsi di carico integrando le cosiddette strutture reticolari. Queste strutture prendono spunto dalla natura e possono anche essere viste in forma simile nelle ossa o nelle piante, per esempio. “Siamo stati in grado di espandere e migliorare le nostre soluzioni software e i metodi per la creazione di tali parti e ora siamo in grado di implementarli virtualmente in un lasso di tempo molto breve”, afferma Sebastian Wachter, specialista in metodologia di progettazione e ottimizzazione della topologia nel Powertrain Advanced Development Dipartimento.

Requisiti di stampa 3D

Tuttavia, la libertà di progettazione estesa offerta dalla stampa 3D va anche di pari passo con requisiti di progettazione specifici. Questi includono gli ingegneri che devono tenere conto del fatto che i pezzi sono prodotti strato per strato per fusione. Se ci sono grandi sporgenze nella forma, potrebbe essere necessario progettare elementi di supporto come le nervature. Tuttavia, questi non devono estendersi nei condotti che trasportano i mezzi. È quindi importante tenere già conto della direzione in cui vengono costruiti gli strati in fase di progettazione. Con la tecnologia della macchina attualmente disponibile, la stampa del primo prototipo di custodia ha richiesto diversi giorni e doveva avvenire in due processi di costruzione a causa delle dimensioni dei componenti. Con le ultime generazioni di macchine, è possibile ridurre questo tempo del 90 percento e l’intero alloggiamento può essere prodotto in un unico processo di costruzione.

Il peso delle parti dell’alloggiamento è stato ridotto di circa il 40 percento grazie all’integrazione delle funzioni e all’ottimizzazione della topologia. Ciò rappresenta un risparmio di peso di circa il dieci percento per l’intera unità grazie alla costruzione leggera. La rigidità è stata aumentata in modo significativo allo stesso tempo. Nonostante uno spessore della parete continuo di soli 1,5 millimetri, la rigidità tra il motore elettrico e il cambio è stata aumentata del 100 percento grazie alle strutture reticolari. La struttura a nido d’ape riduce le oscillazioni delle pareti sottili dell’alloggiamento e quindi migliora notevolmente l’acustica della trasmissione nel suo complesso. L’integrazione delle parti ha reso l’unità di azionamento più compatta, ha migliorato notevolmente il pacchetto di azionamento e ridotto il lavoro di assemblaggio di circa 40 fasi di lavoro. Ciò equivale alla riduzione del tempo di produzione di circa 20 minuti. Un ulteriore vantaggio: l’integrazione dello scambiatore di calore del cambio con trasmissione del calore ottimizzata migliora il raffreddamento dell’azionamento nel suo complesso. Questo è un requisito fondamentale per ulteriori aumenti delle prestazioni.

Potenziale di produzione additiva

L’alloggiamento prodotto utilizzando il processo di stampa 3D mostra ancora una volta il potenziale della produzione additiva per Porsche quando si tratta di innovazione di prodotto in futuro. Potenziali emergono anche nelle aree di innovazione di processo – sviluppo agile e produzione flessibile – e per nuove aree di business come la personalizzazione con nuove offerte per clienti e ricambi. Questa tecnologia di produzione è tecnicamente ed economicamente interessante per Porsche, in particolare per le serie speciali e piccole, nonché per gli sport motoristici.