3D-принтер для чемпионов: как улучшить конструкцию гоночного мотоцикла

Идея применения 3D-печати основана на ее технологических особенностях (таких, как возможность кастомизации и воспроизводимость объекта), позволяющих разрабатывать инновационные решения для создания гоночных мотоциклов. Мотогонки – высококонкурентная сфера, где даже мельчайшая деталь может повлиять на результат и привести вас к победе.

Андреа Пираццини, основатель и директор компании-провайдера 3D-услуг Help3D, страстно увлекается гонками и участвует в чемпионате Италии Velocità CNV Motoasi среди питбайков на топливе с октановым числом 100. По мнению Андреа (и мы полностью согласны с ним), преимуществом аддитивных технологий является возможность создавать уникальные формы из технических материалов – это именно то, что нужно для работы над прототипами и моделями гоночных мотоциклов.

Еще одно весомое преимущество 3D-печати, по словам Андреа, – многообразие материалов, которые можно использовать. Мир аддитивного производства постоянно развивается, и необходимо разрабатывать технические материалы с передовыми эксплуатационными характеристиками для создания более качественных и эффективных деталей. Именно поэтому 3D-печать можно применять в любом производственном процессе, рационализируя и оптимизируя создание прототипов.

Андреа уже использовал 3D-принтер для печати пластиковых прототипов для гоночных мотоциклов и работал с командой Quarto di Litro из Университета Павии над деталями для концепт-байка.

Все детали были выполнены на 3D-принтерах Sharebot Q и Sharebot 42. Это, например, вилка в сборе, состоящая из нескольких компонентов, которые были напечатаны всего за 20 часов с использованием пластика PLA, или прокладки и звенья, изготовленные из термопластичного полиуретана (ТПУ). Выбор этих эластичных материалов обусловлен большой нагрузкой, которую они должны выдерживать. Напечатанная деталь подвергалась испытаниям, и в результате никаких проблем выявлено не было.

Один из наиболее интересных прототипов – корпус питбайка, напечатанный в масштабе 1:1 (23 часа работы). Благодаря 3D-печати Андреа Пираццини удалось с высочайшей точностью и разрешением воспроизвести каждую техническую и аэродинамическую деталь. Он также создал воздухозаборник и патрубок из высокопрочного полибутилентерефталата (ПБТ).

Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью: Избежать конструктивных дефектов и не потерять репутацию: 3D‑печать в Hyundai

3D-печать и мотогонки: когда важна каждая деталь

MotoGp — это Чемпионат мира по шоссейно-кольцевым мотогонкам, главное соревнование в своем классе. На мероприятии такого уровня важное значение имеет каждая деталь, а непрерывная оптимизация мотоцикла помогает гонщику пройти круг на несколько драгоценных десятых долей секунды быстрее.

Мы привыкли думать, что для большей скорости достаточно только лучшего мотора, но на самом деле все не так просто. За последние несколько лет на MotoGp у мотоциклов появились аэродинамические крылья на передней части обтекателя: сначала считалось, что это просто красивый аксессуар, но с годами крылья стали основой аэродинамики мотоцикла, в особенности потому что они увеличивают прижимную силу, следовательно, и сцепление с асфальтом, а также уменьшают сопротивление движению во время ускорения.

Шаблоны для сверления

При подготовке к очередному сезону гонок известный итальянский производитель гоночных мотоциклов Aprilia разработал шаблоны для сверления для переднего обтекателя мотоцикла. 3D-модели шаблона были созданы непосредственно из CAD-моделей обтекателя, а затем напечатаны с помощью принтеров Sharebot QXXL и Sharebot 42.

Такие шаблоны позволили выполнить отверстия с исключительной точностью, недостижимой при использовании классических методов создания шаблонов вручную. Надо отметить, что форма крыльев (из углепластика) адаптирована под обтекатель, поэтому важно, чтобы отверстия в корпусе обеспечивали плотное прилегание под идеальным углом.

Крепление подножки

Не секрет, что гонщик на мотоцикле должен сидеть «как влитой». Дело не только в комфортной позе, но и в оптимизации аэродинамики гонщика на байке.

Подножка играет важнейшую роль в посадке мотоциклиста: она сильнее отведена назад и выше приподнята, чем в дорожном мотоцикле. Если она будет неправильного размера, то гонщик может чувствовать дискомфорт, и в таком положении ему будет неудобно.

3D-печать позволила команде Aprilia Racing создать серию креплений подножки из PLA-пластика, чтобы понять, какая модель лучше всего подойдет для гонщиков команды. После анализа разных решений и подбора идеальной модели для каждого гонщика детали были изготовлены на фрезерном станке с ЧПУ.

Благодаря такому решению специалистам Aprilia удалось сократить время проектирования и, прежде всего, производственные затраты на каждую подножку, в то же время создав оптимальную модель для каждого гонщика.

Воздухозаборник

Производительность двигателя также очень сильно зависит от того, как и насколько эффективно он «дышит». Определение размеров воздухозаборника для MotoGp требует тщательного изучения потоков и турбулентности, создающихся внутри этой конструкции. При создании воздухозаборника используется легкое и сверхпрочное углеродное волокно. Недостатком является то, что для изготовления детали требуется пресс-форма: тонкие листы углеволокна, предварительно пропитанные эпоксидной смолой, укладываются в форму, а затем помещаются в автоклав для завершения процесса катализа и устранения пузырьков воздуха.

При подготовке к мотосезону команда Aprilia Racing напечатала серию прототипов редуктора из PLA-пластика. Моделируя различные переходники и редукторы, технические специалисты спортивного подразделения смогли протестировать на испытательной установке разные объемы, начиная только с воздухозаборника.

Такой подход дал возможность определить оптимальную геометрию воздухозаборника без необходимости предварительно создавать пресс-форму и выслаивать углепластик, тем самым позволив сэкономить время и деньги. Напечатанный редуктор можно тестировать на стенде, просто заменяя одну модель другой, не снимая каждый раз воздухозаборник. После определения оптимальной геометрии была изготовлена одна финальная пресс-форма для создания воздухозаборника.

Результаты

Подведем итоги проектов 3D-печати с использованием FDM-принтеров, которые позволили оптимизировать конструкцию и аэродинамику мотоциклов для Чемпионата мира MotoGp.

• Шаблоны для сверления для переднего обтекателя: 3D-модели шаблона созданы напрямую из CAD-моделей обтекателя, затем напечатаны на 3D-принтерах. Такое решение позволило выполнить отверстия с исключительной точностью, которая недостижима при использовании традиционных методов.
• Крепления подножки мотоцикла: из PLA-пластика напечатана серия деталей, чтобы выбрать наиболее подходящую для каждого из пилотов команды, затем конечные изделия произведены на фрезерном станке с ЧПУ.
• Воздухозаборник: из PLA изготовлена серия прототипов редуктора для тестирования и определения оптимальной геометрии воздухозаборника. 3D-печать позволила обойтись без оснастки, по результатам тестирования изготовлена одна финальная пресс-форма.