I RICERCATORI DI FRAUNHOFER SVILUPPANO UNA PARTE DELLA SOSPENSIONE STAMPATA IN 3D PER L’AUTO SPORTIVA FIAT-CHRYSLER
I ricercatori dell’Istituto di ricerca Fraunhofer per le tecnologie di produzione additiva (IAPT) hanno lavorato con gli ingegneri di Fiat Chrysler Automobiles (FCA) per sviluppare una parte delle sospensioni stampata in 3D per una delle sue auto sportive.
Utilizzando la produzione additiva, il team congiunto è stato in grado di integrare la pinza del freno del veicolo nel supporto della ruota, rendendolo più leggero del 36% e più resistente alla fatica. Dato che si è scoperto che la riduzione delle parti costitutive del sistema frenante riduce i costi e i tempi di consegna associati, potrebbe rappresentare il primo passo del gruppo FCA verso la stampa 3D seriale dei componenti del veicolo.
“Insieme al nostro partner per l’innovazione Fraunhofer IAPT, stiamo riducendo i costi e gli sforzi di produzione per le parti chiave del veicolo”, ha affermato Carlo Carcioffi, responsabile dei processi avanzati di FCA. “Il trasferimento delle conoscenze ci aiuterà a migliorare la competenza nella produzione additiva nei settori della progettazione integrata, dei materiali e della tecnologia di processo in tutto il gruppo”.
Il progetto di ricerca Fraunhofer-Fiat-Chrysler
Gli ingegneri hanno intrapreso la loro ricerca con l’ambizione della stampa 3D e l’ottimizzazione di un intero sistema di sospensioni per uso finale per un’auto sportiva FCA non specificata. Anche se nessuno dei due gruppi ha rivelato il modello che avevano lavorato su, potrebbe essere per uno dei diversi marchi di supercar storici all’interno del portafoglio del gruppo FCA, che comprende Maserati , Lancia , e Alfa Romeo .
Allo stato attuale, il sistema di sospensione in questione è costituito da dodici componenti separati, tra cui un supporto ruota, pinza freno, impianto idraulico e scudo termico. La produzione di queste parti individualmente prima di assemblarle utilizzando viti, guarnizioni e rondelle è attualmente un processo complesso, dispendioso in termini di tempo e costoso.
Di conseguenza, il team congiunto ha cercato di ridurre il numero di passaggi coinvolti nella produzione della parte, condensando le sue funzioni in una singola unità. Come spiega l’ingegnere di progettazione IAPT Yanik Senkel, lo sviluppo di un sistema di sospensione stampato in 3D per soddisfare le elevate esigenze richieste da FCA si è rivelato un compito impegnativo.
“Abbiamo dovuto, insieme al team di progettazione FCA, ripensare completamente l’intera sospensione della ruota”, ha spiegato Senkel, “al fine di ottenere una struttura bionica in un unico pezzo che soddisfacesse almeno allo stesso modo tutte le funzioni dell’assieme precedente, assorbito tutte le forze, era ottimizzato in termini di peso e poteva essere prodotto in modo additivo. “
Utilizzando l’ottimizzazione della topologia, il team di ingegneri ha sviluppato un sistema prototipo che combinava i dodici componenti della parte convenzionale in un’unica unità consolidata. Il design bionicamente migliorato risultante pesa il 36 percento in meno dell’originale e presenta una maggiore resistenza alla fatica, grazie alla sua costruzione più robusta.
A causa delle qualità di resistenza agli urti della parte, il team ha anche ipotizzato che avrebbe funzionato meglio dell’originale in termini di rumore, vibrazioni e durezza (NVH), una parte vitale dell’esperienza di auto sportive di lusso. Inoltre, affrontando i punti deboli delle attuali sospensioni, gli ingegneri ritengono che la loro parte additiva potrebbe durare più a lungo, riducendo i disagi associati alla manutenzione.
Sebbene il componente potenziato abbia evidenti vantaggi nell’uso finale, secondo Ruben Meuth di Fraunhofer, l’obiettivo principale del progetto era far avanzare il lato produttivo del processo.
“L’attenzione generale è sulla riduzione dei costi di produzione aumentando in modo significativo la velocità di produzione”, ha spiegato Meuth. “Questo progetto innovativo è un eccellente esempio della collaborazione tra industria e ricerca e mostra come l’AM possa essere implementato nella produzione in serie di auto di lusso e sportive”.
Oltre al “primo” portaruota stampato in 3D al mondo, gli ingegneri hanno partecipato a ulteriori workshop congiunti, che li hanno visti riqualificare diversi componenti leggeri aggiuntivi. All’interno della loro ricerca, il team ha anche coperto i materiali, la lavorazione e la garanzia della qualità e sta attualmente esaminando altre aree in cui l’applicazione di tecnologie additive potrebbe essere vantaggiosa.
“Il componente dimostra il potenziale della produzione additiva per le auto del futuro e, soprattutto, attira l’attenzione”, ha concluso Carcioffi. “Il progetto ha dimostrato che attraverso la produzione additiva, possiamo ripensare completamente a molte aree dell’automobile e gettare le basi per innovazioni future”.
Ottenere prestazioni dall’innovazione additiva
La stampa 3D è stata utilizzata dalle case automobilistiche in vari modi negli ultimi anni, dal progetto di automazione IDAM di BMW a componenti additivi una tantum.
Il produttore di auto sportive Porsche , ad esempio, ha collaborato con TRUMPF e MAHLE ai pistoni del motore di stampa 3D per la sua supercar 911. L’integrazione di un condotto di raffreddamento nella “corona” del componente lo ha reso il 10 percento più leggero e ha fornito all’auto ulteriori 30 CV.
Altrove, APWORKS, società di consulenza sulla produzione additiva e produttore di Scalmalloy, ha stampato in 3D un tubo di scappamento in titanio per l’ultima Bugatti Chiron. Realizzando il tubo di scappamento con pareti molto sottili, gli ingegneri sono stati in grado di ridurre il peso di 50 kg e aumentare la deportanza complessiva della vettura.
La start-up automobilistica Czinger ha fatto un ulteriore passo avanti e sta persino utilizzando la stampa 3D per produrre componenti strutturali portanti per la sua prossima hypercar 21C. Lavorando con SLM Solutions , Czinger sta sviluppando una macchina progettata specificamente per stampare parti adatte per un veicolo ad alte prestazioni.
