Team TUfast e la stampa 3d metal mer migliorare le macchine da corsa elettriche

Team TUfast utilizza la stampa 3D metal per migliorare la geometria di raffreddamento della suo unico telaio per auto da corsa del 20%

La stampa 3D è spesso chiamata in pista per aiutare i team di studenti  a potenziare le loro auto da corsa . In questa stagione, il team di corse Formula Student di TU Munich ( TUM ) ha lavorato con GKN Additive per migliorare il proprio prototipo e migliorare le prestazioni della propria auto da corsa elettrica.

Ogni anno, i team di studenti che partecipano alle gare Formula SAE e Formula Student sono classificati in base all’accelerazione, ai costi e all’analisi della produzione, alla progettazione, all’efficienza elettrica e alla resistenza delle loro vetture. Attraverso la loro ricerca, gli studenti contribuiscono anche a plasmare il futuro dei veicoli elettrici. Team TUfast (che è il miglior competitor di sempre) è stato fondato come iniziativa studentesca nel 2002 e attualmente ha oltre 70 membri divisi in più aree.

La maggior parte dei piccoli motori ad alta potenza sono situati all’altezza del mozzo della ruota di un’automobile funzionano a temperature elevate, il che danneggia non solo il motore, ma il punteggio della squadra. Quest’anno, TUfast ha migliorato di quasi il 20% la geometria di raffreddamento dell’alloggiamento esclusivo della propria vettura nel mozzo della ruota, utilizzando la stampa 3D in metallo per renderlo abbastanza piccolo da adattarsi.

“Il risultato è un trasferimento di calore notevolmente migliorato rispetto all’anno scorso, con una distribuzione uniforme della temperatura sulla superficie e un’ulteriore riduzione del peso dell’intero pacchetto di trasmissione del mozzo ruota”, ha dichiarato Susanne Trautmann, Global Marketing Manager di GKN Sinter Metals Engineering GmbH.

Il membro del team Marco Tönjes, responsabile del motore elettrico  e dei suoi componenti, ha spiegato in un post sul blog di GKN Sinter Metals che TUFast ha deciso di lavorare con GKN Powder Metallurgy perché la società è ben nota sul mercato per competenza.

Team TUfast presenta con orgoglio il suo lavoro.
“Ci hanno aiutato a ottimizzare ulteriormente l’alloggiamento: inizialmente volevamo implementare l’adattatore per i collegamenti di raffreddamento come parte integrante dell’alloggiamento”, ha affermato Tönjes. “Tuttavia, gli ingegneri di GKN avevano un approccio diverso. Hanno suggerito che dovremmo separare la custodia e l’adattatore di connessione, poiché questo riduce significativamente la struttura di supporto richiesta per la produzione. L’adattatore, anch’esso sinterizzato al laser dall’attività additiva di GKN Powder Metallurgy, è ora avvitato all’alloggiamento con due viti. ”
Il pacchetto di trasmissione del mozzo ruota 2018 è stato progettato per adattarsi alla minore quantità di spazio.
Utilizzando il minor materiale possibile, è possibile ridurre il peso delle parti, oltre ai tempi di produzione e allo spreco di materiale. La stampa 3D in metallo ha permesso a TUfast di ridurre il peso complessivo del pacchetto ruota di circa 0,6 kg.

Negli anni precedenti, il team ha utilizzato una parte tornita semplice per il loro motore elettrico; l’anno scorso, questo non è andato molto bene. Ma ora, il loro “raffreddamento è fondamentalmente diverso”, motivo per cui hanno deciso di utilizzare la stampa 3D per produrlo.

“Per migliorare le nostre prestazioni di raffreddamento, abbiamo progettato un nuovo concetto con una struttura integrata. La struttura è costituita da un canale di raffreddamento interno con una speciale struttura a perno ottimizzata. Il canale di raffreddamento è integrato direttamente nell’alloggiamento, nel quale è steso lo statore “, ha detto Tönjes.

“La produzione di questa struttura con la sua – nonostante la struttura della camicia chiusa di ingresso e uscita – non è realizzabile con i metodi convenzionali.  La produzione additiva, o più precisamente la sinterizzazione laser , è l’unico processo che consente di fabbricare questo componente. ”
La struttura di raffreddamento ha canali di raffreddamento integrati.
Tönjes ha spiegato che molti altri team acquistano i loro motori, mentre Team TUfast preferirebbe costruire il proprio.

“Il motore elettrico in genere non fa parte del telaio, ma qui è perché ha un azionamento del mozzo della ruota. E dal momento che ha un disco mozzo ruota, ha molte interfacce al telaio “, ha detto Tönjes.

“Il mozzo della ruota integrale del veicolo di quest’anno combina i diversi componenti della trasmissione e le sue funzioni sono integrate in un design compatto e leggero ottimizzato per la minore quantità di spazio. Accanto alla topologia ottimizzata, il cambio e il sistema di frenatura è il motore elettrico. Il corpo in alluminio sinterizzato al laser con la nuova struttura di raffreddamento integrata è il fulcro del gruppo propulsore.

“L’alloggiamento, sviluppato in collaborazione con l’attività additiva di GKN Powder Metallurgy, è stato progettato da noi.”
Montaggio passo-passo del mozzo ruota-mozzo.
I risultati del nuovo alloggiamento stampato 3D di TUfast parlano da soli. Oltre ad aumentare l’efficienza e la conduzione del calore del sistema di raffreddamento di quasi il 20%, anche i carichi di punta vengono rapidamente raffreddati.

“La differenza tra la nostra struttura precedente e quella più recente è che la nuova geometria di raffreddamento porta ad una maggiore conduzione di calore del 2% con lo stesso flusso di massa. “La diminuzione della caduta di pressione sull’intero sistema di raffreddamento dell’automobile elettrica a quattro ruote porta a un flusso di massa totale superiore del 31%”, ha spiegato Tönjes.
Alla domanda se TUfast avrebbe utilizzato più componenti stampati in 3D nel veicolo della prossima stagione, Tönjes ha risposto con un enfatico “Assolutamente!”

“Rispetto al normale settore automobilistico, la stampa 3D in metallo è particolarmente versatile nelle corse”, ha dichiarato Tönjes. “Soprattutto per piccole quantità, è una tecnologia affascinante. Puoi fare tutto senza bisogno di uno stampo o di uno strumento.

“Le geometrie che possono essere realizzate sono significativamente diverse dai processi di produzione convenzionali. Questo è ciò che rende la stampa 3D così interessante per noi come ingegneri: possiamo attuare idee più innovative “.

L’auto da corsa elettrica del Team TUfast, completa di case stampate in 3D, si sfiderà nella sua prima gara il prossimo mese a Silverstone alla Formula Student UK, seguita da altre due gare a Hockenheim e Barcellona questa estate.

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