Buckley Conversions sperimenta un nuovo modo di progettare gli allestimenti dei camper elettrici
Ridurre il peso di un camper è importante su qualsiasi veicolo, ma diventa ancora più significativo quando la base meccanica è completamente elettrica. Ogni chilogrammo aggiunto deve infatti essere trasportato utilizzando l’energia accumulata nella batteria di trazione e influisce, insieme a numerosi altri fattori, su consumi, autonomia, prestazioni e capacità di carico.
Partendo da questo principio, la statunitense Buckley Conversions ha realizzato un allestimento per Mercedes-Benz eSprinter nel quale una parte consistente degli arredi tradizionali è stata sostituita da componenti prodotti attraverso stampa 3D di grande formato.
Secondo i dati comunicati da Buckley Conversions, il prototipo consentirebbe di risparmiare circa 1.500 libbre, equivalenti a circa 680 chilogrammi, rispetto a un precedente allestimento realizzato con tecniche e materiali più convenzionali.
Non si tratta quindi di utilizzare la stampa 3D per produrre qualche accessorio o elemento decorativo. Buckley Conversions ha trasferito la produzione additiva a elementi di dimensioni considerevoli come divani, mobili, contenitori e pannelli interni, cercando di sostituire strutture che negli allestimenti tradizionali richiederebbero legno, pannelli compositi, profili metallici, sistemi di fissaggio e numerose operazioni manuali.
Il progetto è interessante anche perché mostra come scansione tridimensionale, progettazione CAD, robotica industriale e produzione additiva possano essere integrate in un unico processo dedicato alla trasformazione di veicoli commerciali.
La base è un Mercedes-Benz eSprinter
Il veicolo scelto da Buckley Conversions è un Mercedes-Benz eSprinter con passo da 144 pollici, pari a circa 3,66 metri.
Il modello elettrico sviluppato da Mercedes-Benz Vans utilizza un’architettura pensata per consentire differenti configurazioni e allestimenti. La disposizione della batteria di trazione nel sottoscocca permette di mantenere un vano posteriore utilizzabile dagli allestitori in maniera simile a quanto avviene con lo Sprinter con motore a combustione.
Questo aspetto è particolarmente importante nel settore camper. Un veicolo commerciale viene infatti consegnato come piattaforma sulla quale l’allestitore deve integrare mobili, impianti elettrici, serbatoi, climatizzazione, riscaldamento, cucina, letto e sistemi di stivaggio.
Ogni elemento aggiunto aumenta il peso complessivo.
Nel caso di un camper elettrico il problema assume una dimensione ancora più rilevante. Oltre all’allestimento, il veicolo trasporta una batteria di trazione di notevole capacità. Ridurre la massa degli interni permette quindi di recuperare una parte del margine destinato a passeggeri, acqua, bagagli e attrezzature.
Buckley Conversions parte da una scansione 3D del veicolo
Il metodo adottato da Buckley Conversions comincia prima della stampa.
L’interno del Mercedes-Benz eSprinter viene acquisito tridimensionalmente. La scansione permette di ottenere una rappresentazione digitale delle superfici interne della carrozzeria, compresi passaruota, montanti, curvature e punti nei quali dovranno essere installati gli elementi dell’allestimento.
A partire da questi dati viene costruito il progetto CAD.
È un passaggio importante perché uno dei problemi nella trasformazione artigianale dei furgoni riguarda proprio l’adattamento degli arredi alla geometria del veicolo. Le pareti interne di un van non sono superfici perfettamente verticali e regolari: presentano curvature, nervature strutturali, variazioni dimensionali e numerosi ingombri.
Con una progettazione digitale basata sulla scansione, Buckley Conversions può creare mobili che seguono la geometria disponibile e utilizzare lo spazio con maggiore precisione.
Questo sistema può inoltre ridurre alcune operazioni di misurazione, taglio e adattamento eseguite durante il montaggio.
La stessa base digitale può essere modificata quando il cliente richiede una configurazione differente, senza dover riprogettare completamente ogni componente.
Dal CAD direttamente alla produzione robotizzata
Una volta definiti i componenti, Buckley Conversions utilizza un sistema di estrusione installato su un robot industriale KUKA.
È una soluzione differente rispetto alle comuni stampanti 3D desktop.
In una stampante tradizionale il gruppo di estrusione si sposta generalmente lungo una struttura cartesiana con dimensioni prestabilite. Utilizzando invece un braccio robotico KUKA, l’estrusore può muoversi nello spazio seguendo traiettorie più ampie.
KUKA utilizza da anni robot industriali anche in applicazioni legate alla lavorazione ed estrusione delle materie plastiche e alla produzione additiva di grande formato.
L’elemento determinante è la capacità del robot di seguire le coordinate generate dal modello digitale mentre l’estrusore deposita progressivamente il materiale.
In questo modo possono essere realizzati componenti molto più grandi di quelli normalmente associati alla stampa 3D da scrivania.
Per Buckley Conversions significa poter produrre parti che hanno dimensioni compatibili con l’arredamento di un camper: strutture per sedute, mobili, pannelli, vani portaoggetti e altri elementi dell’abitacolo.
Il polipropilene sostituisce parte di legno e alluminio
Per gli elementi stampati del prototipo, Buckley Conversions ha scelto il polipropilene, materiale termoplastico largamente utilizzato anche nell’industria.
La scelta è legata soprattutto al rapporto tra peso, resistenza e possibilità di lavorazione.
In un camper tradizionale un mobile può essere composto da pannelli, bordature, telai, squadre metalliche, viti e altri sistemi di collegamento. Con la produzione additiva alcune di queste funzioni possono essere incorporate direttamente nella geometria del pezzo.
Un componente stampato può, per esempio, integrare nervature strutturali, cavità, raccordi e sedi per altri elementi.
Questo non significa che ogni componente stampato sia automaticamente più leggero di qualsiasi alternativa tradizionale. Il risultato dipende dalla geometria, dalla quantità di materiale depositata, dal processo produttivo e dai requisiti meccanici.
Nel progetto di Buckley Conversions, però, la riprogettazione complessiva degli interni avrebbe portato a una differenza dichiarata di circa 680 chilogrammi rispetto all’allestimento utilizzato dall’azienda come riferimento.
È un valore considerevole nel settore dei camper.
Il legno non scompare completamente
L’obiettivo di Buckley Conversions non è eliminare qualsiasi materiale tradizionale.
Nel prototipo alcune parti in legno sono state mantenute, soprattutto negli elementi nei quali il materiale svolge anche una funzione estetica.
Il legno è stato utilizzato, per esempio, nelle lamelle presenti sui frontali dei pensili e in un elemento installato sul soffitto.
Questo approccio permette di combinare una struttura prodotta digitalmente con finiture che mantengono l’aspetto tipico degli interni dei camper di fascia alta.
Il risultato è quindi un sistema ibrido, nel quale la stampa 3D viene utilizzata soprattutto dove può offrire vantaggi dal punto di vista della geometria, del peso e dell’integrazione delle funzioni.
Per i piani di lavoro entra in gioco Richlite Company
Un altro materiale presente nell’allestimento è Richlite, prodotto da Richlite Company.
Si tratta di un materiale composito ottenuto utilizzando strati di carta impregnati con resina e successivamente sottoposti a pressione e temperatura.
Richlite Company propone questo materiale per piani di lavoro, arredamento, applicazioni architettoniche e superfici che richiedono buona resistenza meccanica.
Nel camper realizzato da Buckley Conversions, Richlite viene utilizzato per alcune superfici di lavoro.
L’azienda statunitense sta però già valutando ulteriori interventi sulla costruzione dei veicoli successivi. L’intenzione dichiarata è sostituire anche parte di queste superfici con pannelli compositi, continuando quindi il lavoro di riduzione della massa complessiva.
Un impianto servizi indipendente dalla batteria di trazione
Un aspetto da distinguere con attenzione riguarda la batteria del veicolo e quella utilizzata dai servizi del camper.
Il Mercedes-Benz eSprinter dispone della propria batteria ad alta tensione destinata alla propulsione.
L’allestimento sviluppato da Buckley Conversions aggiunge invece un sistema elettrico separato da 48 volt con batteria al litio-ferro-fosfato da 10 kWh, destinato ad alimentare le utenze dell’abitacolo.
A questo sistema è collegato un inverter da 3.000 watt.
Sul tetto sono inoltre installati pannelli fotovoltaici per una potenza complessiva dichiarata di 2.000 watt nella configurazione da 144 pollici.
La quantità di energia prodotta nell’utilizzo reale dipende naturalmente dall’irraggiamento solare, dall’orientamento del veicolo, dalla temperatura e dalle condizioni ambientali.
La presenza di un impianto solare di queste dimensioni permette comunque di alimentare o contribuire all’alimentazione di una parte dei servizi di bordo senza utilizzare direttamente l’energia della batteria di trazione del Mercedes-Benz eSprinter.
Riscaldamento a pavimento e climatizzazione a 48 volt
Anche la gestione termica dell’abitacolo è stata progettata considerando l’utilizzo del camper senza collegamento alla rete elettrica.
Buckley Conversions ha integrato un sistema di riscaldamento idronico a pavimento.
In un impianto di questo tipo il calore viene distribuito attraverso un circuito nel quale circola un fluido riscaldato. La superficie del pavimento diventa quindi parte del sistema di diffusione del calore.
Per il raffrescamento è invece presente un climatizzatore a 48 volt da 11.000 BTU/h.
L’utilizzo di una rete servizi a 48 volt può essere vantaggioso nei camper dotati di utenze elettriche di potenza significativa perché, a parità di potenza, permette di lavorare con correnti inferiori rispetto ai tradizionali impianti a 12 volt.
Perché 680 chilogrammi possono essere importanti su un camper elettrico
Secondo Buckley Conversions, la riduzione della massa potrebbe produrre benefici in termini di autonomia, accelerazione, comportamento dinamico e frenata.
Il principio fisico è chiaro: un veicolo più leggero richiede meno energia nelle fasi di accelerazione e sottopone pneumatici, sospensioni e sistema frenante a un carico inferiore.
È però importante distinguere il beneficio teorico dalla misurazione sul veicolo.
Buckley Conversions non ha pubblicato, per questo prototipo, una prova comparativa completa che quantifichi l’aumento di autonomia ottenuto esclusivamente grazie ai 680 chilogrammi risparmiati.
L’autonomia di un veicolo elettrico dipende infatti da numerosi parametri: velocità, aerodinamica, temperatura, percorso, pneumatici, carico, utilizzo della climatizzazione e stile di guida.
Nel caso di un camper, l’aerodinamica può incidere in maniera considerevole durante i trasferimenti autostradali.
La riduzione della massa conserva comunque un altro vantaggio concreto: consente di avere maggiore margine per il carico utile.
Un camper deve trasportare acqua, occupanti, attrezzature, alimenti e bagagli. Ridurre il peso fisso dell’allestimento permette di utilizzare una parte maggiore della capacità prevista dal veicolo per ciò che viene effettivamente trasportato durante il viaggio.
La stampa 3D può ridurre anche il numero dei componenti
Il vantaggio potenziale della produzione additiva non riguarda esclusivamente il materiale utilizzato.
La progettazione tradizionale di un mobile richiede spesso numerosi elementi separati che vengono tagliati e assemblati.
Con la stampa 3D, Buckley Conversions può ridisegnare un gruppo composto da più pezzi trasformandolo in una struttura più integrata.
Sedi, raccordi, vani e nervature possono essere realizzati durante lo stesso processo produttivo.
Questo approccio può ridurre alcune fasi di assemblaggio e diminuire il numero dei collegamenti meccanici.
Inoltre, quando un componente deve essere modificato, parte del lavoro può essere svolta direttamente sul modello digitale.
Per un’azienda che realizza camper personalizzati, questa caratteristica è particolarmente interessante: una variante può essere prodotta intervenendo sul file CAD invece di creare nuovi stampi o nuove attrezzature dedicate.
Robot KUKA e produzione additiva di grande formato
L’impiego di un robot KUKA evidenzia anche un’evoluzione più ampia della stampa 3D industriale.
Quando il sistema di deposizione viene installato su un braccio robotico, l’area produttiva non è più determinata esclusivamente dalle dimensioni di una camera di stampa chiusa.
KUKA indica la produzione additiva tra le applicazioni nelle quali i propri robot possono essere utilizzati per realizzare strutture di grandi dimensioni partendo da dati CAD.
La robotica permette inoltre di controllare differenti orientamenti dell’utensile e di affrontare geometrie che possono risultare difficili per alcune architetture di stampanti convenzionali.
Il progetto di Buckley Conversions trasferisce questo principio nel settore dell’allestimento dei veicoli ricreazionali.
Dal lavoro artigianale a una filiera più digitale
Il settore dei camper personalizzati rimane caratterizzato da una forte componente manuale.
Falegnameria, adattamento dei pannelli, realizzazione dei mobili e montaggio richiedono tempo e personale specializzato.
Il sistema adottato da Buckley Conversions non elimina il lavoro dell’allestitore, ma ne modifica alcune fasi.
Una parte del processo viene trasferita a monte:
scansione del veicolo, progettazione CAD, ottimizzazione del componente e successiva produzione robotizzata.
L’assemblaggio finale rimane necessario, insieme all’installazione degli impianti, delle finiture e degli altri elementi del camper.
La differenza consiste nel fatto che una quota maggiore delle informazioni necessarie alla costruzione viene incorporata nel modello digitale.
Restano da valutare durata, comportamento al fuoco e industrializzazione
Un prototipo leggero non è sufficiente per dimostrare che una tecnologia possa sostituire senza modifiche le tecniche di costruzione utilizzate nei camper prodotti su larga scala.
Gli elementi stampati devono affrontare anni di vibrazioni, sbalzi di temperatura, esposizione alla luce, umidità e sollecitazioni meccaniche.
Occorre inoltre considerare aspetti legati al comportamento al fuoco dei materiali, alle normative applicabili ai veicoli e alla ripetibilità del processo produttivo.
Anche la qualità superficiale rappresenta un parametro importante.
Le tracce degli strati depositati sono una caratteristica tipica della stampa 3D di grande formato. Possono essere lasciate visibili come elemento estetico oppure richiedere lavorazioni successive, con conseguenze sui tempi e sui costi.
Per una produzione industriale diventa quindi fondamentale trovare un equilibrio tra velocità di stampa, quantità di materiale, qualità della superficie e prestazioni meccaniche.
Buckley Conversions porta la stampa 3D direttamente dentro il camper
Il valore del progetto sviluppato da Buckley Conversions non consiste soltanto nella cifra dei 680 chilogrammi dichiarati.
Il prototipo mostra un modo differente di affrontare la progettazione dell’intero allestimento.
Il Mercedes-Benz eSprinter viene prima trasformato in un modello digitale tramite scansione; gli arredi vengono progettati sulle sue geometrie; un robot KUKA produce componenti di grande formato in materiale termoplastico; Richlite Company fornisce la tecnologia utilizzata per alcune superfici; legno e materiali tradizionali vengono mantenuti solo dove risultano utili dal punto di vista funzionale o estetico.
È quindi la combinazione di diverse tecnologie a rendere significativo il progetto.
Per i camper elettrici il contenimento della massa continuerà a rappresentare uno dei principali problemi progettuali, perché gli allestitori devono conciliare autonomia, capacità di carico, comfort, impianti e robustezza.
La produzione additiva robotizzata offre a Buckley Conversions uno strumento ulteriore per intervenire su questo equilibrio.
Resta da capire quanto facilmente il metodo possa essere trasferito dalla produzione personalizzata a volumi maggiori e quale sarà il comportamento dei componenti dopo anni di utilizzo.
Il prototipo realizzato sul Mercedes-Benz eSprinter dimostra però che la stampa 3D di grande formato può essere utilizzata non soltanto per prototipi o piccoli accessori, ma anche come tecnologia produttiva per una parte consistente dell’abitacolo di un veicolo ricreazionale.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)
