In Mountain Bike con la stampa 3D grazie a Renishaw

La personalizzazione di una mountain bike è stata per anni il sogno degli amanti di ciclisti professionisti e non professionisti. Con la stampa 3D ora è davvero possibile grazie al lavoro svolto da Renishaw

di Luca Vieri

 

Negli ultimi anni, il numero di ciclisti professionisti e semiprofessionisti è cresciuto enormemente e la domanda di biciclette dalle caratteristiche avanzate ha conosciuto un vero e proprio boom. Questa tendenza ha indotto i produttori di mountain bike a progettare sospensioni dal design sempre più spinto e a sperimentare materiali innovativi e tecniche costruttive all’avanguardia, prese in prestito dai settori a più alto contenuto tecnologico come l’Aerospace e il Racing.  Per coloro che non badano a spese è inoltre possibile scegliere telai personalizzati, adattabili al proprio fisico e al proprio stile di corsa. Un esempio estremo di prodotto customizzato e flessibilità operativa.

«In generale, l’Additive Manufacturing soddisfa appieno questa aspettativa, permettendo una gestione logistica flessibile e distribuita, associata a possibilità di grandissima personalizzazione e modifiche di progetto anche a livello di componente individuale. Per poter accedere a questi benefici è necessario sviluppare processi conformi con i requisiti della tecnologia e tener conto di requisiti di post-processo e di integrazione in catene di fornitura esistenti. Un esempio perfetto è la bicicletta R160 del produttore inglese Robot Bike, progettata a livello individuale e prodotta utilizzando Additive Manufacturing» dice Enrico Orsi, Product Manager – Additive Manufacturing Products di Renishaw S.p.A.

 

Un telaio su misura in titanio e carbonio

Oggi una nuova azienda, la Robot Bike Co, ha compiuto un ulteriore passo avanti, abbinando tecnologie all’avanguardia e antropometria per creare un telaio per Mountain Bike ad altissime prestazioni e personalizzabile. Il modello R160 vanta una tecnica di costruzione assolutamente unica nel suo genere, grazie ai giunti in titanio, prodotti con tecnologia additiva, ai tubi in fibra di carbonio e al design a doppio giunto sovrapposto. Tutti i cavi corrono all’interno dei tubi e il design del telaio include anche un set completo di sospensioni posteriori, progettate appositamente da Dave Weagle, il quale ha curato anche il design dei tubi anteriori, superiori e del sellino.

La maggior parte delle bici MTB di fascia alta è prodotta in fibra di carbonio, ma i costi per gli stampi limitano la produzione a un numero ristretto di taglie. Per contro, la flessibilità offerta dalle lavorazioni AM consente di personalizzare ogni singolo telaio, adattandolo alle proporzioni e alle specifiche individuali di ciascun cliente. Inoltre, dato che il processo di produzione non è vincolato ad uno stampo, il telaio può essere costantemente migliorato, man mano che si rendono disponibili nuove soluzioni tecnologiche. L’innovativo telaio della mountain bike di Robot Bike Co. è il prodotto di una stretta collaborazione fra Altair, HiETA Technologies e Renishaw. Ogni partner ha riversato nel progetto la propria esperienza e il proprio know-how al fine di ottenere un prodotto di alta qualità. Robot Bike Co ha sviluppato il progetto e ha lavorato con Dave Weagle per creare le esclusive sospensioni progressive dw6. Grazie all’eccezionale livello di personalizzazione garantito dalla tecnologia additiva è possibile adattare buona parte delle caratteristiche del mezzo (ad esempio, sospensioni, impugnatura e pedalata) alle esigenze del cliente. Altair ha messo a disposizione i suoi potenti software CAD per produrre l’ottimizzazione topologica dei giunti. Tale operazione richiede l’analisi dei carichi a cui sono sottoposte le giunzioni, modificandone la forma e lo spessore in modo che il materiale venga depositato solo nei punti di maggiore sollecitazione, per ridurre al minimo il peso, senza comprometterne le prestazioni. HiETA è un’azienda specializzata nella progettazione per l’additive manufacturing e si è occupata della creazione di un design CAD 3D parametrico per consentire la personalizzazione rapida del telaio, in base alle esigenze del cliente.  Ciò include l’ottimizzazione di undici giunti in titanio e di otto tubi in fibra di carbonio, per creare un modello unico ed esclusivo per ciascun ciclista. Si tratta di un sistema di configurazione molto sofisticato che, integrato con il sito Web di Robot Bike Co, esegue tutti i calcoli in appena 20 secondi. Mentre Renishaw si è occupata di convertire i vari modelli CAD in pezzi finiti.

 

Costruzione dei giunti in titanio

I giunti in titanio sono prodotti per mezzo di fusione laser selettiva di Renishaw, un processo di additive manufacturing che permette di creare i pezzi direttamente da disegno CAD, mediante sottili polveri di metallo.

Ingegnerizzazione e produzione iniziale dei giunti sono avvenute presso il Solutions Centre Renishaw, situato a Stone, nel Regno Unito. Il processo parte da una serie di geometrie CAD, adattate al cliente e importate direttamente nel software QuantAM di Renishaw. Qui si seleziona l’orientamento ottimale di ciascun pezzo e vengono specificate le strutture di supporto necessarie per garantire una corretta lavorazione. Gli undici giunti vengono riuniti in un unico set e prodotti con una sola lavorazione. A questo punto la geometria CAD combinata viene “sezionata” in oltre 2.500 strati, ognuno con spessore di 60 micron. Infine, il software QuantAM definisce i percorsi di scansione da utilizzare per fondere la polvere di titanio e produrre i vari strati.

Il processo avviene all’interno di una una macchina per fusioni laser AM250. Un laser da 200W viene convogliato su un letto di polvere di metallo per fonderla e creare una struttura estremamente densa e robusta. La fusione avviene in un’atmosfera resa inerte dal gas argon, che preserva la purezza della lega di titanio e assicura la massima resistenza e durata del pezzo finito. Nei prossimi mesi la produzione verrà spostata sul nuovo sistema Renishaw RenAM 500M, dotato di un laser più potente (500W) e di un sistema integrato di setacciatura e ricircolo delle polveri.

La piastra con gli undici giunti viene estratta dalla macchina AM e sottoposta a trattamento termico, sempre sotto argon. Alcuni giunti sono poi sottoposti a finitura in base alle esigenze del progetto. I processi di lavorazione vengono impostati e controllati tramite i sistemi di ispezione a bordo macchina: Infine, il processo di produzione dei giunti viene completato con un’ispezione tramite macchina di misura.

«Da questa applicazione, si capisce che i livelli raggiunti da questa tecnologia, in particolare dalla nostra macchina, permettono ora la realizzazione di prodotti funzionali e con prestazioni superiori rispetto a oggetti prodotti in maniera tradizionale. L’applicazione è al momento concentrata in settori ad alto valore aggiunto dei componenti, ad esempio aeronautico, medicale, racing, stampi ad alte prestazioni, idraulica ad alte prestazioni. La sfida per il futuro sta nell’allargamento ad ambiti produttivi caratterizzati da numeri più grandi» prosegue Orsi.

Al di là della singola applicazione, interessante è ora capire in quale contesti produttivi si deve collocare l’Additive Manufacturing.

«Il contesto è quello di produzione di componenti meccanici di nuova concezione, per i quali si possono realizzare semilavorati altrimenti impossibili, e che superino in prestazioni quelli tradizionali. L’ambito tipico è quello dell’officina meccanica dotata di macchine utensili a controllo numerico, alle quali affiancare la tecnologia additiva. I due modelli di lavorazione, additiva e sottrattiva, non sono alternativi uno all’altro, sono piuttosto complementari e permettono di realizzare una catena produttiva con uno sbocco ad alto valore» spiega Orsi.

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