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Case study nel settore automotive

La prototipazione è la forza motrice dei veicoli più desiderati

I giganti del settore, come BMW e Jaguar Land Rover — nonché i fornitori di prodotti aftermarket come Minimizer — ritengono che nulla acceleri la progettazione e la produzione del settore automotive quanto la stampa 3D.

Lato sinistro del prototipo FDM della Lamborghini

Il nuovo modello Aventador di Lamborghini, auto sportiva a due posti, è stato indicato come l'auto con il miglior motore del 2011. Accelera da 0 a 100 km/h in 2,9 secondi, raggiunge una velocità massima di 370 km/h e ha un costo inferiore ai $ 400.000. La Lamborghini Aventador ha una potenza maggiore del 9% e un'efficienza maggiore del 20% (oltre a essere più leggera del 6%) rispetto alla generazione precedente di Murciélago.

La chiave delle estreme prestazioni di Aventador è la relativa monoscocca composita rinforzata in fibra di carbonio (CFRC), che costituisce il nucleo del corpo/telaio integrato. La monoscocca è un singolo involucro CFRC lungo 81 pollici, largo 74,5 pollici e alto 40 pollici; il più grande componente CFRC presente su qualsiasi automobile di produzione. La monoscocca pesa 324,5 libbre e l'intero corpo e il telaio pesano solo 505 libbre.

Posta in gioco elevata

Lato destro del prototipo FDM della Lamborghini

Automobili Lamborghini S.p.A. è di proprietà di Audi, che fa parte del Gruppo Volkswagen insieme ad altri marchi quali Porsche, Bugatti e Bentley. L'Advanced Composite Structures Laboratory — o Laboratorio Lamborghini per abbreviare — di Automobili Lamborghini presso l'Università di Washington ha collaborato con Lamborghini per fornire progettazione dettagliata, controllo della qualità, processi migliori e prove meccaniche per i componenti CRFC che costituiscono fino al 50 per cento dell'Aventador in quanto a peso. Molti prototipi fisici sono serviti a convalidare l'adattabilità di montaggio, verificare percorsi di carico efficienti e individuare e correggere i problemi che erano invisibili sullo schermo del computer.

“Abbiamo dovuto indovinare la corretta progettazione al primo tentativo, in quanto l'attrezzatura utilizzata per produrre una singola monoscocca costa diversi milioni di dollari”, ha dichiarato Paolo Feraboli, professore di strutture e materiali aeronautici presso l'Università di Washington e direttore del laboratorio Lamborghini.

A titolo di esempio, l'approccio tradizionale alla costruzione di un prototipo della struttura interna della monoscocca sarebbe stato quello di creare attrezzature in scala e mettere in disarmo il prototipo utilizzando il CFRC. Ci sarebbero voluti circa quattro mesi e 40.000 dollari per costruire l'attrezzatura e mettere in disarmo la parte in scala.

Monoscocca inferiore del prototipo FDM della Lamborghini

“Eravamo interessati a vedere se ci fosse un metodo di prototipazione rapida in grado di produrre parti abbastanza resistenti da sopportare le tensioni dovute all'assemblaggio e alla gestione”, ha dichiarato Feraboli. “Eravamo anche interessati a costruire un'attrezzatura rapida per la messa in disarmo di parti più piccole, che richiede una maggiore resistenza meccanica e prestazioni a temperature elevate.”

Un sistema ideale

Le dimensioni di costruzione Fortus sono state sufficienti a produrre un modello in scala 1/6 del corpo e del telaio in un unico pezzo. Il laboratorio Lamborghini ha costruito prototipi completi in scala 1/6 del corpo e del telaio in due mesi, inclusi la stampa e l'assemblaggio dei componenti. I tempi di realizzazione della struttura interna sono stati di 6,3 giorni e il costo dei materiali è stato di 560 dollari. I tempi totali di progettazione e realizzazione, inclusi la rimozione dei supporti, la levigazione, la verniciatura e così via, sono stati di 20 giorni. Il costo totale, inclusi i materiali e i tempi di lavorazione, è stato di 3.000 dollari.

“La Fortus era ideale grazie alla propria versatilità a stampare modelli ad alta resistenza e risoluzione elevata tramite l'uso di termoplastiche a livello industriale e strumenti compositi personalizzati derivanti da plastiche artificiali a elevate prestazioni, a una frazione del costo rispetto ai metodi di produzione tradizionali”, ha dichiarato Tom Goulet di CIMtech, il rivenditore Stratasys con sede a Seattle.

Molte iterazioni

“Le molte iterazioni di prototipi realizzati durante il processo di progettazione sono stati fondamentali nel fornire una migliore adattabilità durante percorsi di assemblaggio e carico migliorato”, ha dichiarato Feraboli.

Anche la Automobili Lamborghini S.p.A. con sede a Sant’Agata Bolognese, Italia, è proprietaria di due macchine Stratasys, un sistema di produzione 3D Fortus e una stampante 3D Dimension. Maurizio Reggiani, Vice Presidente senior e CTO della Lamborghini, ha dichiarato: “Abbiamo fatto ampio uso di FDM per realizzare prototipi funzionali per la trasmissione a sette marce di nuova concezione per l'Aventador che offre 50 turni al millisecondo, il più veloce di tutti i veicoli di produzione.” La trasmissione monofrizione, basata sul concetto di asta di spostamento indipendente, è una caratteristica tipica dell'Aventador insieme alla monoscocca CFRC e alle sospensioni dell'asta di punteria.

Subito dopo aver svelato l'Aventador, Lamborghini ha annunciato che la società aveva già esaurito la produzione del primo anno. “L'Aventador è il primo passo”, ha dichiarato Feraboli. “La fibra di carbonio non è destinata solo alle macchine da prestazione. Può migliorare la resa chilometrica del gas e ridurre le emissioni di qualsiasi automobile. Stiamo cercando di utilizzare sempre più fibra di carbonio per i veicoli di produzione più elevata per il gruppo.”

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