Uso de la impresión 3D para fabricar piezas y repuestos de uso final resistentes al calor para el automovilismo

Andrea Pirazzini, el fundador de Help3D, usó las impresoras 3D de Formlabs para crear un colector de admisión para una pit bike que monta en el campeonato 12 Pollici Italian Cup.

Cuando su equipo sintoniza la motocicleta, intentan, en la medida de lo posible, obtener una salida de potencia lineal. Pirazzini utilizó el análisis fluidodinámico en posibles diseños de escurrimiento de múltiples para limitar la potencia sin tener que aplicar bridas de reducción, lo que podría crear caídas de presión localizadas.

Pirazzini recurrió a la impresión 3D porque le permitía imprimir múltiples versiones de la misma pieza a bajo costo, probar los diseños al día siguiente y tener una ventaja en la pista. Elia Marescutti, compañera de equipo de Pirazzini, ganó el campeonato de 2021 en una bicicleta con un colector impreso en 3D. Siga leyendo para descubrir cómo Pirazzini desarrolló el proyecto.

La motocicleta de Elia Marescutti, ganadora del campeonato S1 Over 2021, utilizó un colector personalizado impreso en la Forma 3.

Ingeniería inversa del colector para optimizar el rendimiento

Pirazzini conduce motocicletas desde 2012. Desde el principio, utiliza la impresión 3D para crear pequeñas piezas para su bicicleta, como soportes para el cronómetro. Dudó en desarrollar piezas más funcionales y resistentes al calor hasta que se enteró del lanzamiento de Rigid 10K Resin.

Después de consultar las especificaciones en detalle, Pirazzini pensó que imprimir en 3D un colector de admisión, una pieza que tradicionalmente se mecaniza a partir de aluminio, sería un proyecto interesante. En el pasado, había intentado utilizar la tecnología FDM, pero el resultado no fue el que esperaba, ya que las fugas de aire distorsionaron el carburador y la potencia del motor.

Escaneo del motor de la pit bike.

Para desarrollar el proyecto, Pirazzini utilizó el escaneo 3D y el software Autodesk Fusion 360 para realizar ingeniería inversa en el diseño. El escaneo del motor de cuatro tiempos (dos válvulas) con su marco y carburador lo ayudó a dimensionar correctamente el colector y luego a colocarlo de manera que el carburador no chocara contra el marco o el sistema de escape. Pirazzini también diseñó trompetas de admisión y conductos de admisión. Con el uso de CAD, fue posible alinear el diámetro de la entrada del cabezal con el carburador, evitando escalones y cualquier caída de presión o turbulencia.

Papel blanco

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Diferentes versiones de los colectores de admisión impresos con la Forma 3.

En caso de que el colector tuviera que ser desmontado para limitar la potencia máxima de salida, Pirazzini creó un modelo 3D del colector dimensionado para limitar la potencia entregada sin perder linealidad. Luego realizó pruebas con la ayuda de un banco de pruebas que permitió encontrar el colector correcto para cada tipo de motor que examinó.

El resultado fue la extensión de la curva de entrega a velocidades más altas del motor sin la clásica pérdida de caballos de fuerza. En esencia, el motor tenía más caballos de fuerza (alrededor de 1 HP, casi un 10% de aumento) disponible en comparación con el colector mecanizado estándar, mientras se mantenía dentro de los límites impuestos por las reglas del campeonato.

Uso de resina rígida de 10K para imprimir objetos resistentes al calor

El nuevo diseño del colector se imprimió con la Form 3 utilizando la resina rígida 10K a una altura de capa de 100 micrones, creando una superficie lisa sin líneas de capa visibles. En cuanto al acabado, Pirazzini utilizó papel de lija clásico a base de agua para alisar la superficie. A diferencia de un colector FDM, que debe tratarse externa e internamente para ser impermeable, la impresión SLA crea piezas sólidas e impermeables.

parte de muestra

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El tiempo de impresión depende del grosor y tamaño del colector, pero generalmente varía entre dos horas y dos horas y cuarenta y cinco minutos. El precio de cada parte osciló entre 10 € y 12 €. Pirazzini podía imprimir hasta siete tipos diferentes de colectores durante la noche, que luego podía probar al día siguiente.

Andrea Pirazzini, fundadora de Help3D

"En el mundo de la impresión 3D, PreForm es el programa más simple y con el mejor rendimiento que he usado".

Dos versiones de colectores de admisión listas para enviarse a imprimir utilizando PreForm.

En PreForm, el usuario puede colocar el objeto manualmente o utilizar la orientación automática. Pirazzini encontró este último muy útil porque tiende a minimizar la creación de soportes que se pueden agregar o quitar según las necesidades del usuario. Si faltan soportes en áreas clave del trabajo de impresión, el software notificará al usuario.

Andrea Pirazzini, fundadora de Help3D

“Una cosa muy buena de la Form 3, en particular, es que el tamaño del soporte en contacto con la impresión es muy pequeño y deja muy pocos residuos para eliminar”.

Los resultados

El colector que Pirazzini imprimió con la Form 3 ha resistido perfectamente altas y bajas temperaturas y todavía está montado en su pit bike. Gracias al uso de una cámara termográfica, Pirazzini descubrió que la resina rígida 10K también ofrecía un rendimiento térmico significativamente mejor:el colector impreso en 3D con aletas de enfriamiento registró una temperatura 40-50 grados centígrados más baja en comparación con un colector de aluminio clásico. Además, después de una carrera de unos 20-25 minutos a una temperatura exterior de unos 33 grados, fue posible tocar el colector sin quemarse porque en realidad estaba frío.

Próximos proyectos

El colector de admisión es solo uno de los proyectos que han cobrado vida con la resina rígida 10K. De hecho, Pirazzini espera que el material también sea adecuado para la construcción de paquetes de válvulas de láminas para motores de dos tiempos, tapas de empujadores, bridas de reducción para acoplamientos de culata de cilindros y cualquier otra pieza que necesite ser resistente al aire.