LA TECNOLOGIA 3D AL SERVIZIO DELL’INGEGNERIA MECCANICA

LA TECNOLOGIA 3D AL SERVIZIO DELL’INGEGNERIA MECCANICA

Il processo di produzione di un carter motore da competizione con la DELTA 2040 WASP

Oggi vi presentiamo il progetto di un motore da competizione che nasce dalla collaborazione tra l’Ing. Tommaso Savioli e Lorenzo Fiori, entrambi impegnati da parecchi anni nelle Competizioni Nazionali Scooter Velocità.

Per la fabbricazione di questo motore è stata utilizzata una Stampante 3D di WASP, la DELTA 2040.

Ci ha illustrato il processo di produzione Tommaso, laureato in Ingegneria del veicolo, che si occupa di realizzazione di modelli cad e di simulazione del funzionamento motore.

1 Meccanica DeltaWASP

Il motore SMW-01 realizzato da Tommaso.

Tommaso spiega che i vantaggi di un’esperienza di stampa 3D rispetto alle normali tecniche di produzione sono dati dai costi estremamente contenuti e dalla possibilità di realizzare in modo vantaggioso anche un singolo pezzo. Infatti, per creare un carter motore normalmente si dovrebbe realizzare uno stampo in conchiglia di acciaio dal costo di circa 20.000€ o, in alternativa, si potrebbero creare delle casse in resina per realizzare le sabbie di fusione (in UREOL il costo sarebbe di circa 5000-6000€) oppure si potrebbe fare un rapid prototiping delle sabbie il cui costo si aggira attorno ai 1000€ al pezzo. Si tratta quindi di costi nettamente superiori a quelli richiesti dalla stampa 3D.

Entriamo ora nei particolari di come è stato eseguito il progetto. Si parte dalla modellazione CAD del motore finito, scomposto nelle sue singole componenti così da poter ottenere una perfetta estrazione di ogni pezzo dagli stampi.

2 Meccanica DeltaWASP

Successivamente vengono aggiunti al modello i sovrametalli, in previsione delle lavorazioni agli utensili. I sovrametalli sono sostanzialmente dei riporti aggiuntivi di materiale nelle zone dove poi sarà effettuata una lavorazione meccanica, servono per poter contenere il pezzo finito altrimenti il rischio è di avere dei punti in cui la lavorazione non sarà possibile perché carente di materiale.

3 Meccanica DeltaWASP

In un secondo momento si ricorre alla fusione, un procedimento che permette di riprodurre il pezzo “grezzo” dentro la cui forma è contenuto in latenza il pezzo finito. La fusione è da intendersi come una sorta di bozza dell’oggetto meccanico, si potrebbe paragonare in campo artistico al blocco di pietra da cui nascerà una scultura, con la differenza che ricavare un pezzo meccanico da una forma piena è alquanto costoso e non sempre meccanicamente efficace.

Le lavorazioni per creare un carter non necessitano di macchinari moderni come le frese a controllo numerico, bastano macchine utensili tradizionali che però siano dotate di un’ottima precisione (su certe lavorazioni sono tollerati al massimo errori di qualche centesimo di millimetro). Perciò si dovranno creare dei piani e delle sedi cilindriche dove alloggiare i cuscinetti volventi e poter assemblare il motore in maniera molto precisa.

Nella modellazione è inoltre necessario prevedere un sovradimensionamento per compensare il ritiro del materiale durante il raffreddamento.

Il vantaggio di questo procedimento con la stampa 3D consiste anche nell’avere di partenza un modello CAD che è di dimensioni facilmente scalabili rispetto al suo baricentro.

A questo punto, il modello è pronto per essere stampato in PLA con la stampante DELTA 2040 WASP.

4 Meccanica DeltaWASP

Una volta stampato tridimensionalmente il pezzo in PLA adeguatamente sformato (cioè con una inclinazione di almeno 2,5°-3° su ogni piano del pezzo perpendicolare alla direzione di apertura dello stampo) si può procedere con alcuni lavori di rifinitura. Si parte dalla stuccatura del PLA con dello stucco spray per poi passare a cartavetrarlo molto finemente (il tentativo deve essere quello di avvicinarsi il più possibile alla superficie di un vetro) per permettere alla sabbia per la fusione di potersi staccare facilmente.

A questo punto il modello per creare lo stampo è pronto per la fusione a cera persa.

Il modello di PLA realizzato viene chiuso nella sabbia precedentemente mescolata con un legante per renderla solida. Servono due gusci di sabbia che successivamente andranno richiusi assieme per effettuare la colata di metallo. Il modello in PLA viene prima inserito nella sabbia per una metà e poi estratto e reinserito nella sabbia per l’altra metà. Si ottengono così due gusci in sabbia che, messi insieme, hanno la stessa forma in negativo del pezzo originale. In questo processo il modello in PLA rimane intatto, così da permettere di realizzare successivamente anche altri calchi in sabbia.

Per avere un buon riempimento dello stampo da parte del metallo è utile prevedere delle materozze che in pratica sono dei serbatoi che contengono del metallo liquido in eccesso in grado di compensare il ritiro e di mantenere una certa pressione sul pezzo che sta solidificando.

 

Dopo un’adeguata messa in tavola e le dovute lavorazioni dei piani (per la chiusura dei due carter e il montaggio del gruppo termico) e delle sedi dei supporti, ovvero i cuscinetti, il primo prototipo è pronto.

5 Meccanica DeltaWASP

Qui potete trovare maggiori informazioni e rimanere aggiornati sulle attività di Tommaso e Lorenzo.

Gli altri obiettivi del gruppo di lavoro si stanno spingendo in diverse direzioni, dice Tommaso: «stiamo realizzando altri motori sempre per applicazioni su ciclomotori o scooter la tecnica è la medesima, con la stampa 3D si può “facilmente” realizzare un prototipo che abbia le stesse caratteristiche meccaniche di un prodotto creato con un’altra tecnologia più costosa. Il motore che ho portato a WASP è stato usato nel Campionato Italiano velocità scooter POLINI ITALIAN CUP con ottimi risultati (velocità massima più elevata oltre 160 Km/H, giro più veloce, oltre 30 cv alla ruota). Con la RIMINI LAMBRETTA CENTRE, abbiamo realizzato un modello di motore, in questo caso per controllare che tutto il disegno non contenesse errori dimensionali e solo dopo siamo passati alla realizzazione degli stampi in UREOL per ottenere una finitura eccellente. Quindi, in questo caso la stampante è servita per accorciare i tempi di produzione e anche scongiurare errori nella produzione degli stampi. L’ultimo lavoro attualmente in cantiere è la realizzazione di un piccolo motore da ciclomotori (Piaggio, Ciao ecc….), per una competizione nazionale molto simile ad una rievocazione storica».

Qui il video on board della gara disputata quest’anno sul circuito di Cervesia Tazio Nuvolari.

 

Tommaso Savioli (Faenza, 1984) si laurea in Ingegneria del veicolo nel 2014 con una Tesi di Laurea sull’analisi fluidodinamica di motori a due tempi, attualmente assegnista di ricerca all’Università di Modena e Reggio Emilia. La sua attività di ricerca riguarda principalmente l’analisi fluidodinamica e sperimentale applicata ai motori alternativi, con particolare attenzione ai motori due tempi.

LA TECNOLOGIA 3D AL SERVIZIO DELL’INGEGNERIA MECCANICA ultima modifica: 2016-05-23T12:11:43+00:00 da Marco Turci