Da sempre il motorsport è il banco prova che permette alle più innovative tecnologie di arrivare sulle nostre auto stradali.
Negli ultimi anni, la maggiore consapevolezza dei problemi legati all’inquinamento ha spinto molte case automobilistiche verso l’evoluzione dei propulsori che, sulla scia di Formula1 e FormulaE, punteranno sulle tecnologie ibride ed elettriche.
In questo scenario, anche la Formula SAE, competizione che permette agli studenti di Ingegneria di tutto il mondo di assaggiare il mondo delle corse, gioca il ruolo di trampolino di lancio per nuovi sviluppi nel mondo automotive. Lo spirito di questo “campionato” mondiale (oltre alla sostanza del suo regolamento – ndr) è proprio quello di incentivare lo sviluppo di nuove soluzioni che coniughino le prestazioni con un giusto bilanciamento tra costi e benefici.
Il Team Dynamis PRC del Politecnico di Milano, che ormai dal 2004 prende parte alle varie tappe in giro per l’Europa, ha raggiunto il 4° posto nella classifica mondiale per la categoria Combustion nel 2019 dopo un anno ricco di successi e si appresta ad iniziare la stagione 2021 (ahimè il 2020 non ha visto gare in presenza, ma esclusivamente un evento online dove il team ha raggiunto il 3° posto, dimostrando la validità del progetto) con una vettura completamente nuova, elettrica e a quattro ruote motrici indipendenti.
Si tratta di una differenza radicale in quanto le diverse masse, la loro distribuzione, la gestione delle batterie, delle temperature e delle 4 moto-ruote sono solo alcune delle novità con cui gli ingegneri dovranno fare i conti nel corso della stagione.
Domare il potenziale della stampa 3D grazie al DfAM e sfruttarlo a pieno per trovare soluzioni innovative è una sfida appassionante anche per noi di PUNTOZERO: la possibilità di sperimentare sul campo un mix di tecnologie, software di simulazione, geometrie “aliene” e materiali di nuova concezione era troppo invitante per tirarsi indietro.
sostenibile, scalabile e ripetibile ma che soprattutto andasse a soddisfare le richieste del paziente.
Cooler, Lighter, Faster, Better.
Tra i vari sistemi vettura che abbiamo analizzato con i ragazzi del Team Dynamis, lo scambiatore di calore che raffredda il gruppo inverter ci è sembrato un ottimo candidato per spingere i limiti della progettazione grazie alle tecnologie additive.
Gli obiettivi del progetto? Riduzione delle masse e miglioramento dello scambio termico, senza però penalizzare la potenza assorbita dalla pompa dell’acqua e la resistenza meccanica dell’assieme.
Il punto di partenza è uno scambiatore realizzato tramite tecnologie tradizionali di asportazione di truciolo e ottimizzato a livello fluidodinamico per minimizzare le zone di ristagno e migliorare così lo scambio termico con gli heat-plate degli inverter.
Grazie ad un’opportuna progettazione, che vede la stampa 3D come tecnologia produttiva, abbiamo potuto portare tutto questo ad un livello ancora più spinto.
- L’utilizzo di strutture giroidali per i canali interni ci ha permesso di incrementare le superfici di scambio del 300%;
- Modulando la geometria tramite computational design e usando come input i risultati delle simulazioni CFD per ridistribuirne la densità, siamo anche riusciti a minimizzare l’aumento delle perdite di carico, mantenendole nel range di funzionamento ottimale della pompa acqua;
- Abbiamo implementato strutture lattice anche per la struttura esterna per ridurre il peso del componente di circa il 20% (fondamentale nel mondo racing), mantenendo al contempo la resistenza meccanica dell’assieme.
Tools
Nel mondo additive, tecnologie e materiali sono in continua e rapida evoluzione. Se le conoscenze e le metodologie non stanno al passo, ecco che l’evoluzione non serve a molto. Per noi progettisti e in generale in un mondo sempre più digitalizzato i software di modellazione ed analisi sono uno dei tools più importanti. In questo ambito il nTopology si sposa perfettamente con il nostro approccio. Oltre ad essere un software che supporta la progettazione in modo completamente differente dai classici CAD, permette “di far parlare la stessa lingua” a componenti solidi, superfici, analisi FEM, analisi CFD ecc. non c’è traduzione, tutto è numero. Il vantaggio? nTopology ha uno dei più grandi punti di forza nella sua struttura, la quale ti porta a lavorare per step ed ogni step ha una sua funzione non una sua memoria. Ciò ci permette di validare workflow e di sperimentarne altri avendo un processo di modellazione ripetibile e soprattutto riutilizzabile.
Alluminio Puro
m4p, importante realtà nella produzione di leghe e polveri per la stampa 3D, ha messo la ciliegina sulla torta con il loro innovativo materiale m4p™ PureAl material: una lega di alluminio quasi puro che vanta valori di conducibilità elettrica e termica elevati (caratteristica chiave per questo progetto), ma con minori problemi legati alla rapida ossidazione rispetto ai materiali valutati come possibili alternative per questa applicazione.
Il loro supporto entusiasta e la loro voglia di mettersi in gioco sono stati determinanti per lo sviluppo del progetto.
Hanno messo a disposizione macchinari EOS, affidabili e precisi, e una lega nuova di cui si volevano testare limiti tecnici e tecnologici (e la geometria è davvero spinta – ndr): l’abilità e l’esperienza di tecnici e ingegneri è stata poi fondamentale per ottimizzare i parametri di stampa e raggiungere l’obiettivo.
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La pista non mente
La tecnologia additiva ci ha permesso anche di portare sviluppi in tempi rapidi e proprio in questi giorni è in corso un’ulteriore iterazione di evoluzione del componente che dovrebbe garantire prestazioni migliorate e un peso ancora inferiore.
Nelle prossime settimane si andrà in pista a testare la nuova vettura e tutta la sua componentistica in vista delle gare estive: sarà lì che avremo le conferme sull’affidabilità e sulle prestazioni dello scambiatore e confidiamo che possa contribuire ad una stagione agonistica ricca di soddisfazioni per il Team Dynamis.
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PUNTOZERO
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