Industria 4.0

Voxeljet sviluppa un nuovo sistema di raffreddamento per la motocicletta elettrica Ethec City

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Un nuovo sistema di raffreddamento della motocicletta elettrica Ethec City garantisce una maggiore durata delle celle della batteria. Al fine di introdurre gli studenti ai processi di produzione che possono essere utilizzati per la produzione in serie al di fuori della produzione di prototipi, voxeljet ha prodotto lo stampo per l’innovativo alloggiamento della batteria del prototipo utilizzando il processo di binder jetting. Un progetto focalizzato sugli studenti presso l’ETH di Zurigo sta realizzando prototipi di un nuovo tipo di sistema di raffreddamento con il supporto di voxeljet.

Attraversare il vasto paesaggio a velocità mozzafiato e quasi in silenzio su una motocicletta elettrica: ciò che è dato per scontato nei film di fantascienza è ostacolato nel presente dalle insidie ​​della tecnologia delle batterie. Nel 2021, la mobilità elettrica ad alta velocità e a lungo raggio è praticamente sempre associata a sistemi di accumulo di energia estremamente pesanti e voluminosi. Auto e camion possono già offrire lo spazio necessario, ma l’arte dell’ingegneria ha ancora alcuni ostacoli da superare sulla strada per una moto elettrica rispettosa del clima. Le motociclette elettriche relativamente potenti già disponibili sul mercato sono più adatte per il traffico urbano che per lunghi viaggi fuoristrada a causa della mancanza di capacità della batteria.Un nuovo sistema di raffreddamento della motocicletta elettrica Ethec City garantisce una maggiore durata delle celle della batteria

L’approccio tecnologico del progetto Ethec City potrebbe cambiare la situazione. Ethec sta per “ETH Electric Cruiser”, il concetto di motocicletta elettrica sviluppato dagli studenti dell’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Zurigo. Nell’ambito dei “progetti mirati”, agli studenti ETH viene data l’opportunità di implementare le loro conoscenze teoricamente acquisite in tecnologie reali.

Lo sponsor del progetto è AG Inspire, un partner strategico dell’università che accompagna il trasferimento tecnologico dei risultati della ricerca in applicazioni pratiche. Nel progetto Ethec, avviato nel 2017, l’obiettivo era aumentare in modo significativo l’efficienza delle motociclette elettriche attraverso il recupero dell’energia frenante e un design della batteria modificato. Allo stesso tempo, il team di studenti di ingegneria meccanica, potenziali ingegneri elettrici e futuri progettisti industriali ha dovuto decidere quali processi sarebbero stati più adatti per la produzione dei componenti richiesti in ciascun caso. Poiché il focus iniziale era su un prototipo, la stampa 3D era al centro dell’attenzione.

Gli inventori svizzeri hanno implementato il recupero, cioè il recupero dell’energia frenante, installando un motore nel mozzo della ruota nella ruota anteriore della bicicletta. La domanda, su come immagazzinare al meglio la potenza aggiuntiva disponibile per aumentare la portata, si è rivelata molto più difficile. Creare un’alta densità di energia nel più piccolo spazio possibile è una cosa. Tuttavia, mantenere il calore generato durante il funzionamento della batteria a un livello costante è più difficile su una motocicletta che su un veicolo più grande e una gestione ottimale della temperatura è fondamentale per la durata della batteria.

“Il raffreddamento della batteria nei veicoli elettrici è normalmente realizzato con un refrigerante che scorre oltre le celle attraverso un flessibile o un tubo”, ha spiegato il dott. Josef Mayr, Group Manager Thermal Simulation presso inspiring AG e coordinatore del progetto Ethec. “Lo svantaggio di questo metodo è che viene effettuato solo un contatto puntuale o lineare e il contatto diretto con le cellule non viene effettivamente raggiunto”. In considerazione dello spazio limitato al centro del telaio della motocicletta, alla fine è stato possibile un solo concetto: l’incorporazione completa di tutte le celle della batteria in un bagno d’olio.

Il team Ethec ha utilizzato come modello il sistema di raffreddamento dei trasformatori nelle sottostazioni delle principali reti elettriche. “Le scintille volano quando l’attrezzatura è accesa”, ha detto Mayr, “ma poiché le unità nuotano completamente nell’olio di silicone e quindi non c’è ossigeno, non può esserci alcun cortocircuito”.

Suddivisi tra due moduli, gli studenti dell’ETH hanno assemblato un totale di 1.269 celle rotonde agli ioni di litio con una produzione totale di 15 kWh. Sono state quindi utilizzate simulazioni di flusso assistite da computer per creare la struttura ottimale dell’alloggiamento della batteria, che non solo doveva essere assolutamente a prova di perdite, ma doveva anche garantire un contatto perfetto tra le singole celle e il flusso dell’olio di silicone. Tuttavia, un oggetto delle dimensioni dell’alloggiamento della batteria Ethec superava le capacità dell’apparecchiatura di sinterizzazione laser diretta in metallo (DMLS) disponibile. E per “mostrare agli studenti la strada dal prototipo alla produzione in serie”, secondo Josef Mayr, la scelta è caduta sulla fusione del metallo. In particolare, uno stampo in sabbia stampato in 3D è stato utilizzato come modello per la fusione di una lega di alluminio-rame, in breve: fusione stampata.

I dati CAD digitali dell’alloggiamento della batteria forniti dal team di Ethec hanno costituito la base per voxeljet per produrre uno stampo per colata in sabbia utilizzando la stampa 3D binder jetting. In questo processo, alcuni strati micrometrici di sabbia di quarzo e un legante spruzzato su di essa vengono alternativamente sovrapposti fino a quando la geometria specificata del componente successivo viene stampata con la massima precisione. L’alloggiamento della batteria ETHEC è stato finalmente fuso nella fonderia di alluminio di Kupral Spa, con sede a Brescia.

I test pratici su vasta scala del prototipo Ethec sono attualmente ancora in sospeso. Ma il concetto di motocicletta elettrica ad alta efficienza energetica ideato dagli studenti mostra un potenziale impressionante: la velocità massima dovrebbe raggiungere un massimo di 160 km/he grazie al recupero e al nuovo concetto di batteria, Ethec City potrebbe raggiungere un’autonomia di circa 400 km. Rimane aperto per il momento se il concetto convincerà anche i potenziali acquirenti: la ricerca di un partner per la produzione in serie industriale di Ethec City è ancora in corso.

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Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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