Macchina da corsa completamente elettrica resa possibile con la stampa 3D in metallo a fascio di elettroni
Supportato da Innovate UK , il Manufacturing Technology Center ( MTC ) lavora per accelerare la crescita industriale nel Regno Unito creando e incorporando competenze future e sviluppando e dimostrando processi di produzione, come la stampa 3D . Quest’ultimo è specificamente ciò su cui si concentra il National Center for Additive Manufacturing (NCAM), parte dell’MTC, e il suo progetto di ricerca DRAMA ha trascorso gli ultimi tre anni a creare una catena di approvvigionamento AM più forte per l’aerospaziale. Ma l’NCAM supporta anche le applicazioni AM automobilistiche e sportive: un perfetto esempio di ciò può essere trovato nel recente lavoro che il suo team di Coventry ha svolto per aiutare Oxford Brookes Racing ( OBR ), la Oxford Brookes UniversityIl team di corse studentesche di formula, raggiunge il suo obiettivo tutto elettrico per il 2020 .
OBR è uno dei migliori team di Formula Student Racing (FSUK) del Regno Unito e ha già lavorato con l’MTC su numerosi progetti. Quindi il team sapeva che il suo NCAM sarebbe stato il partner perfetto per aiutarli a portare le cose al livello successivo.
“Dopo una lunga storia di successi di voci sulla combustione nel concorso per studenti di formula, OBR sta passando all’elettrico per la stagione 2020. Con una nuova struttura del team e un progetto di classe 2 che funge da piattaforma di ricerca e sviluppo, OBR mira a sviluppare una piattaforma non solo per assumere i migliori team FS nel mondo, ma anche per fungere da banco di prova di innovazione per veicoli elettrici e controlla il software “, afferma il sito web OBR .
L’obiettivo era vedere se la produzione additiva poteva essere utilizzata per fabbricare una parte complessa che collega i supporti dei freni, il collegamento delle sospensioni e la ruota, contenendo anche il cambio del motore elettrico dell’auto.
“Il nostro team mirava non solo a sviluppare una piattaforma per affrontare gli altri migliori team di Formula Student nel mondo, ma anche a fungere da banco di prova per l’innovazione nei veicoli elettrici e nel software di controllo”, ha detto Charles Boileve di OBR. “Ci ha anche dato l’opportunità di essere in prima linea non solo nelle prestazioni, ma anche nel settore acquisendo sia la conoscenza che l’esperienza pratica lavorando con i veicoli elettrici”.
L’ impianto di produzione di additivi metallici recentemente installato da NCAM ospita una varietà di tecnologie AM in metallo e il centro è particolarmente bravo nell’aiutare i clienti a determinare la tecnologia migliore per qualsiasi applicazione su cui stanno lavorando. In questo caso, si è rivelato essere il GE Additive Arcam Q20plus , un sistema EBM (electron beam melting).
“Il progetto di studio del caso di collaborazione ha consentito la dimostrazione dell’intero processo AM end-to-manufacturing; da un’idea di ideazione alla progettazione per AM, produzione, ispezione e lavorazione post-elaborazione “, ha dichiarato Ruaridh Mitchinson, leader dello sviluppo prodotto presso NCAM. “La cosa più entusiasmante è stata lavorare a stretto contatto con MTC Design for Additive e esperti di ingegneria di processo per esplorare appieno le capacità di processo EBM AM, oltre a diffondere la conoscenza al team corse di Oxford Brookes”.
Una volta deciso che EBM sarebbe stata la tecnologia più appropriata, l’ingegnere ricercatore senior dell’NCAM Emmanuel Muzangaza ha aiutato il team OBR a sviluppare e completare la parte critica per la sua macchina da corsa elettrica.
“Siamo qui per aiutare ovunque possiamo. In effetti, il team OBR aveva già in mente un forte concetto e design per l’additivo, che era circa il 90% lì “, ha aggiunto Mitchinson. “Il nostro team è stato in grado di aggiungere la nostra profonda esperienza in materia di additivi, offrire indicazioni e aggiungere il restante 10% al fine di rendere il progetto attivo e funzionante”.
Secondo SmarTech Analysis , la tecnologia EBM ha registrato “enormi livelli di crescita per i primi nove mesi” del 2019, la maggior parte dei quali “era legata a GE Additive, l’unico fornitore commerciale significativo della tecnologia”.
“La fusione a fascio di elettroni per i metalli è stata per molti anni un mercato relativamente di nicchia rispetto alle tecnologie laser, e mentre i sistemi laser continueranno a comandare la quota maggioritaria dei ricavi del settore per il prossimo futuro, sembra che il segmento EBM sia maturo per la crescita, “SmarTech ha continuato.
Il team OBR ha scelto la tecnologia EBM invece di altri metodi additivi per diversi motivi, tra cui una maggiore libertà di progettazione che consente di annidare densamente tutte le parti più grandi senza alcun rigonfiamento e di creare pochissimi o nessun supporto per meno soldi. Il processo, che avviene ad alte temperature sottovuoto, può stampare rapidamente parti dimensionalmente accurate e prive di sollecitazioni utilizzando il suo fascio di elettroni ad alta potenza e si traduce in componenti che presentano proprietà del materiale paragonabili a quelle del materiale lavorato.
Le alte temperature dell’EBM consentono di produrre parti con uno stress minimo, e persino nessuna, ed è anche conveniente, poiché consente agli utenti di stampare con materiali reattivi soggetti a crepe, come la lega Ti6Al4V (titanio), per meno denaro. Inoltre, Arcam Q20plus è dotato di una Powder Recovery Station (PRS), il che significa che qualsiasi polvere estratta può essere riutilizzata per stampe future.
La parte creata dal team era basata su una configurazione del motore nel mozzo 4WD con servomotori AC AMK, che era accoppiata a un cambio epicicloidale compatto che poteva produrre più di 300 Nm di coppia per ruota. Per fornire energia al componente viene utilizzato un pacco batteria da 600 V, 6,6 kW-hr con celle a sacchetto all’ossido di litio cobalto (LCO), con una potenza di picco di oltre 130 kW, e una piattaforma di controlli aperta viene utilizzata per gestire il tutto, che , come afferma un comunicato stampa di GE Additive, è “ideale per implementare il torque vectoring e i controlli avanzati del veicolo per liberare il pieno potenziale di prestazioni di un’auto da corsa elettrica”.
Come per tutte le cose nel 2020, COVID-19 porta via e non dà nulla, quindi il team OBR20 non è riuscito a mostrare la sua nuova auto da corsa elettrica in pista nella stagione FSUK. Tuttavia, più di 80 team hanno partecipato a una competizione virtuale pochi mesi fa e OBR20 si è classificato terzo in Virtual Dynamics e quinto in Statics. Se questi due fossero stati segnati insieme, come sarebbero stati nell’evento reale, OBR20 si sarebbe piazzato secondo per il terzo anno consecutivo.
“Anche se quest’anno abbiamo incontrato un ostacolo sulla strada, abbiamo continuato a migliorare noi stessi come ingegneri, spingendoci avanti e guardando avanti”, ha detto Boileve. “La rivoluzione elettrica è ancora in arrivo, quindi cercheremo la perfezione come squadra e rimarremo impegnati nella nostra visione di costruire un’eredità pluriennale”.
