Использование 3D-печати для изготовления термоустойчивых конечных моделей и деталей для мотоспортивной техники

Андреа Пираццини, основатель Help3D, использовал 3D-принтеры Formlabs, чтобы изготовить впускной коллектор для питбайка, на котором он участвует в соревнованиях на 12 Кубке Италии  Pollici Italian Cup. 

При подготовке мотоцикла его команда стремится добиться максимальной линейной выходной мощности. Пираццини использовал гидродинамический анализ возможных конструкций притирки к коллектору, чтобы ограничить мощность, не применяя переходные фланцы, которые могли вызвать локальные падения давления. 

Пираццини воспользовался 3D-печатью, чтобы напечатать несколько версий одной и той же детали по низкой цене, протестировать конструкцию и получить преимущество на трассе. Элиа Марескутти, товарищ Андреа по команде, выиграл чемпионат 2021 года на мотоцикле с напечатанным на 3D-принтере коллектором. Дальше вы подробнее узнаете о том, как Андреа Пираццини работал над воплощением своих идей.

Андреа Пираццини ездит на мотоциклах с 2012 года. С самого начала он использовал 3D-печать для изготовления небольших деталей к своему мотоциклу, например опорных кронштейнов для секундомера. Он не решался разрабатывать более функциональные и термоустойчивые детали, пока не узнал о появлении Rigid 10K Resin.

Детально изучив технические характеристики этого полимера, Андреа пришел к выводу, что использование 3D-печати для изготовления выпускного коллектора, который традиционно делается из алюминия, — интересная идея. В прошлом он пытался применять технологию FDM, но результат не оправдал его ожидания, так как утечка воздуха нарушала работу карбюратора и снижала мощность двигателя.

Пираццини использовал 3D-сканирование для разработки своей идеи, а реверсивное проектирование конструкции выполнил с помощью программного обеспечения Autodesk Fusion 360. Сканирование четырехтактного (двухклапанного) двигателя с его рамой и карбюратором помогло правильно определить размер коллектора, а затем расположить его так, чтобы карбюратор не врезался в раму или выхлопную систему. Также Андреа Пираццини разработал воздухозаборники и впускные каналы. Благодаря САПР стало возможным уравнять диаметр входного отверстия и карбюратора, избегая уступов, падения давления или турбулентности.

На случай, если необходимо снять коллектор для ограничения максимальной выходной мощности, Пираццини создал его трехмерную модель, размер которой позволяет ограничить мощность без потери линейности. Затем он провел пробные запуски на испытательном стенде, чтобы подобрать подходящий коллектор для каждого типа изучаемого им двигателя. 

В результате удалось расширить кривую подачи при более высоких оборотах двигателя без потери мощности. Теперь двигатель может развивать большую мощность по сравнению со стандартным традиционно изготовленным коллектором (около 1 л. с., почти на 10 % больше), оставаясь при этом в границах диапазона, установленного правилами чемпионата.

Новая конструкция коллектора с гладкой поверхностью без видимых линий слоев была напечатана на Form 3 с использованием Rigid 10K Resin при высоте слоя 100 микрон. Чтобы сделать поверхность максимально гладкой, Пираццини использовал классическую наждачную бумагу. В отличие от коллектора, изготовленного по технологии FDM, водонепроницаемость которого напрямую зависит от его обработки снаружи и внутри, стереолитографическая печать позволяет сразу создать твердые и водонепроницаемые модели. 

Время печати колеблется от 2 часов до 2 часов и 45 минут и зависит от толщины и размера коллектора. Цена каждой детали — 10–12 евро. За ночь Андреа Пираццини мог напечатать до семи различных типов коллекторов, а на следующий день уже провести их испытания.

В PreForm пользователь может расположить объект вручную или использовать автоматическую ориентацию. Пираццини убедился, что автоматическая ориентация очень удобна, так как позволяет минимизировать число опор, которые можно добавлять или удалять в соответствии с потребностями пользователя. Если опор нет в ключевых областях задания на печать, программное обеспечение уведомит об этом пользователя.

Коллектор, который Пираццини напечатал на Form 3, отлично выдержал высокие и низкие температуры и до сих пор установлен на его питбайке. Благодаря использованию тепловизионной камеры Пираццини обнаружил, что Rigid 10K Resin также обеспечивает и значительно лучшие тепловые характеристики. Напечатанный на 3D-принтере коллектор с охлаждающими ребрами зафиксировал температуру на 40–50 градусов Цельсия ниже по сравнению с классическим алюминиевым вариантом. Более того, после 20–25 минут гонки при температуре воздуха около 33 градусов можно было дотронуться до коллектора, не боясь получить ожог, так как он был холодным.

Впускной коллектор — лишь один из проектов, реализованных с помощью Rigid 10K Resin. Андреа Пираццини ожидает, что этот материал также хорошо подойдет, чтобы изготовить пакеты пружинных клапанов для двухтактных двигателей, крышки толкателей, переходные фланцы для муфт головок цилиндров и любые другие воздухонепроницаемые детали.