Η γαλλική μάρκα πολυτελείας επεκτείνει την τεχνολογική της ηγετική θέση με την ανάπτυξη εξαρτημάτων υψηλής ακρίβειας που εκτυπώνονται σε 3D και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της Bugatti Bolide.
Φανταστείτε εξαιρετικά ελαφριά εξαρτήματα που είναι τόσο ισχυρά όσο ένας στύλος από οπλισμένο σκυρόδεμα. Τώρα αυτό είναι εφικτό, χάρη στην τεχνολογία που καθοδηγείται από καινοτόμους μηχανικούς της Bugatti. Η νεοαναπτυχθείσα τρισδιάστατα εκτυπωμένη ωστική ράβδος – μια ράβδος σύζευξης με πίεση στην περιοχή του Πλαισίου – ζυγίζει μόλις 100 γραμμάρια και μπορεί να μεταφέρει δυνάμεις έως και 3,5 τόνους. Η κοίλη δομή από τιτάνιο με εσωτερικό τόξο στήριξης δίνει απίστευτη αντοχή και αποτελεί άλλη μια μηχανολογική καινοτομία που αποδεικνύεται από την τεχνογνωσία της Bugatti.
Επικεφαλής αυτού του νέου έργου είναι ο Henrik Hoppe, διδακτορικός φοιτητής στο τμήμα Νέων Τεχνολογιών της Bugatti, ο οποίος αναπτύσσει καινοτόμα μεταλλικά υλικά και διαδικασίες κατασκευής από το 2017. Έγραψε τη μεταπτυχιακή του διατριβή σχετικά με μια μεθοδολογία υπολογισμού για μια τρισδιάστατα εκτυπωμένη δαγκάνα φρένων από τιτάνιο, η οποία είναι 43% ελαφρύτερη από το ήδη εξαιρετικά βελτιστοποιημένο ως προς το βάρος εξάρτημα παραγωγής της Chiron και εξίσου άκαμπτη. “Μέσω της διαδικασίας που είναι γνωστή ως επιλεκτική τήξη με λέιζερ, κοινώς γνωστή ως τρισδιάστατη εκτύπωση, μπορούν να παραχθούν νέα, κοίλα, εξαιρετικά σύνθετα εξαρτήματα που είναι σκληρυμένα από το εσωτερικό τους, τα οποία είναι πολύ ελαφριά και ταυτόχρονα εξαιρετικά άκαμπτα και ισχυρά. Αξιοποιούμε αυτά τα πλεονεκτήματα για έναν αυξανόμενο αριθμό εξαρτημάτων στα hyper sports αυτοκίνητά μας”, εξηγεί ο Hoppe.
Στη διδακτορική του διατριβή, ο βιομηχανικός μηχανικός πηγαίνει ένα βήμα παραπέρα. Ο Hoppe είναι πρωτοπόρος σε ένα νέο σύστημα, λόγω της έντασης κόστους και χρόνου που συνεπάγεται ο πλήρης κύκλος της αλυσίδας της παραγωγικής διαδικασίας, από την ιδέα έως την παράδοση. Ο Hoppe χρησιμοποιεί αυτό το σύστημα για να εντοπίσει το εμπορικό και τεχνολογικό δυναμικό των λειτουργικών τρισδιάστατα εκτυπωμένων μεταλλικών εξαρτημάτων για την κατασκευή αυτοκινήτων και μπορεί να ενισχύσει αυτό το δυναμικό με εφαρμοσμένη στόχευση σε συγκεκριμένα μέρη. Προηγουμένως, αυτού του είδους τα εξαρτήματα χρησιμοποιούνταν κυρίως στον αεροδιαστημικό τομέα.
Τρισδιάστατα εκτυπωμένα εξαρτήματα με σύνθετη δομή που μοιάζει με οστό
Η Bugatti χρησιμοποιεί συνήθως αυτή την καινοτόμο τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης για την ενίσχυση εξαρτημάτων με πολύπλοκες τρισδιάστατες δομές. Ο Γάλλος κατασκευαστής ειδών πολυτελείας εφαρμόζει αρχές από τον τομέα της βιονικής για να δώσει στα εκτυπωμένα εξαρτήματα μια δομή που μοιάζει με οστό: με λεπτά τοιχώματα, κοίλο εσωτερικό και λεπτή διακλάδωση. Και με αυτόν ακριβώς τον τρόπο τα εξαρτήματα αποκτούν την αξιοσημείωτη ακαμψία τους παρά το χαμηλό τους βάρος – με πάχος τοιχωμάτων έως και μόλις 0,4 χιλιοστά. “Θα συνεχίσουμε να μειώνουμε το βάρος των αυτοκινήτων μας, αυξάνοντας παράλληλα τα καινοτόμα χαρακτηριστικά τους σε κάθε πιθανό τομέα”, εξηγεί ο Henrik Hoppe. Από τη σύλληψη μέχρι την παραγωγή και την τοποθέτηση στο όχημα, ο μηχανικός σχεδιάζει και προγραμματίζει τα επιμέρους βήματα και πραγματοποιεί όλους τους υπολογισμούς. Αυτό περιλαμβάνει επίσης την αξιολόγηση της εμπορικής σκοπιμότητας για την παραγωγή των εξαρτημάτων. “Αν και η Bugatti απαιτεί τα υψηλότερα πρότυπα ποιότητας όσον αφορά τα υλικά, τις διαδικασίες κατασκευής και τα εξαρτήματα, αυτά πρέπει να είναι εμπορικά βιώσιμα”, προσθέτει.
Η Bugatti πρωτοπορεί στην τρισδιάστατη εκτύπωση
Η Bugatti είναι ο τεχνολογικός ηγέτης στον τομέα της τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων. Από τότε που ξεκίνησε η παραγωγή της Chiron, το υπερ-σπορ αυτοκίνητο έχει εξοπλιστεί με το πρώτο λειτουργικό εξάρτημα τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων σε σειρά στον κλάδο: μια μικρή, υδροφόρα αντλία υψηλής πίεσης στην κονσόλα δίπλα στο δοχείο υγρών μετάδοσης κίνησης. Το 2018, η Bugatti παρουσίασε το μεγαλύτερο τρισδιάστατα εκτυπωμένο εξάρτημα τιτανίου στον κόσμο, μια δαγκάνα φρένων από τιτάνιο. Ακολούθησε το μεγαλύτερο υβριδικό λειτουργικό συγκρότημα στον κόσμο, κατασκευασμένο από τρισδιάστατα εκτυπωμένο τιτάνιο και συσπειρωμένο άνθρακα. “Αυτά τα εξαρτήματα είναι εξαιρετικά ελαφριά, στιβαρά και ανθεκτικά και, ως εκ τούτου, απολύτως κατάλληλα για χρήση σε οχήματα παραγωγής”, δήλωσε ο Frank Götzke, επικεφαλής Νέων Τεχνολογιών της Bugatti.
Τα νέα υλικά και οι διαδικασίες κατασκευής χρησιμοποιούνται τώρα στον τεχνολογικό φορέα Bugatti Bolide, ο οποίος γιόρτασε την παγκόσμια πρεμιέρα του στα τέλη Οκτωβρίου 2020. “Ως πειραματικό όχημα με τη μορφή αγωνιστικού αυτοκινήτου, το Bolide δεν είναι αυτοκίνητο επίδειξης- είναι ένα ασυμβίβαστα έτοιμο για το δρόμο απόσπασμα της πλήρους τεχνολογικής τεχνογνωσίας της Bugatti. Οι λάτρεις της Bugatti θα βρουν αυτές τις τεχνολογίες αιχμής και σε άλλα οχήματα στο μέλλον”, λέει ο Frank Götzke.
Ακριβώς όπως και τα τούρμπο που χρησιμοποιούνται συνήθως στον μηχανοκίνητο αθλητισμό, η Bugatti βρήκε έναν τρόπο να συμπεριλάβει ακτινικούς συμπιεστές σε εξαιρετικά ελαφριές σφυρήλατες ζάντες μαγνησίου. Η εμφάνισή τους είναι παρόμοια με αυτή μιας ζάντας, αλλά εκτελούν πολλαπλές λειτουργίες: αντλούν τον αέρα από τα περιβλήματα των τροχών μέσω των φρένων και τραβούν τον ζεστό αέρα προς τα έξω. Με αυτόν τον τρόπο, οι στροβιλοανεμιστήρες ψύχουν τα φρένα και ελαχιστοποιούν την άνωση. Σε αντίθεση με τις γνωστές μονοϋλικές λύσεις, τα εξαρτήματα Bolide έχουν υβριδική δομή. Αυτή αποτελείται από ένα κεντρικό κύπελλο από τιτάνιο τρισδιάστατης εκτύπωσης πάχους 0,48 χιλιοστών και μια πλάκα άνθρακα πάχους 0,7 χιλιοστών με μικρά εσωτερικά πτερύγια, επίσης από άνθρακα. Οι σταυροί με πλάτος 0,48 χιλιοστών αυξάνουν περαιτέρω την ακαμψία του κεντρικού μπολ από τιτάνιο, το οποίο ζυγίζει μόλις 100 γραμμάρια. Όλα αυτά συνθέτουν ένα συνολικό βάρος κάτω από 400 γραμμάρια για έναν μεμονωμένο στροβιλοκινητήρα 18 ιντσών στους πίσω τροχούς (17 ιντσών στους μπροστινούς τροχούς). Αυτό δεν θα ήταν εφικτό με μια λύση από μονοϋλικό, λόγω του ότι δεν είναι δυνατόν να επιτευχθεί η συγκεκριμένη αντίσταση σε κάμψη και η καμπτική ακαμψία.
325 γραμμάρια για να χωρέσουν 1,8 τόνους
Πολύ σύνθετα εξαρτήματα από τον τρισδιάστατο εκτυπωτή χρησιμοποιούνται επίσης σε κρυφά σημεία. Ένας βραχίονας τοποθέτησης για την μπροστινή πτέρυγα, πάνω στον οποίο η μπροστινή πτέρυγα μπορεί να τοποθετηθεί σε τρία διαφορετικά ύψη, εκτυπώνεται σε τιτάνιο από την Bugatti. Με κοίλο εσωτερικό και πάχος τοιχώματος 0,7 χιλιοστά, ο βραχίονας τοποθέτησης μπορεί να αντέξει αεροδυναμική υποδύναμη έως και 800 κιλά – με βάρος μόλις 600 γραμμάρια. Η downforce της πίσω πτέρυγας, η οποία μπορεί να φτάσει έως και τους 1,8 τόνους στα 320 km/h, εισάγεται μέσω του κεντρικού πτερυγίου άνθρακα του Bolide στην άνω δομική μήτρα, η οποία αποτελεί τον άνω τερματισμό του πίσω πλαισίου από ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής αντοχής. Στο εσωτερικό αυτού του κεντρικού πτερυγίου υπάρχει ένα πολυστρωματικό και εκτυπωμένο εξάρτημα τιτανίου για τη σύνδεση του πτερυγίου με την πτέρυγα, για το οποίο η γωνία μπορεί να ρυθμιστεί μέσω μιας ράβδου σύζευξης. Παρά την ακαμψία του, ζυγίζει μόλις 325 γραμμάρια. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν επίσης τιτάνιο για την εκτύπωση του βραχίονα για την τοποθέτηση της κολόνας του τιμονιού, ο οποίος διαθέτει ενσωματωμένο στήριγμα για το ταμπλό, το κολάρο στήριξης της διαμπερούς τροφοδοσίας της κολόνας του τιμονιού και τους δύο αεραγωγούς στο εσωτερικό του οχήματος. Όλα τα εξαρτήματα έχουν σχεδιαστεί ως ελαφριές κοίλες δομές, με ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος 0,5 χιλιοστών.
Το Bolide διαθέτει έλεγχο των τροχών με βάση την κινηματική διπλών ψαλιδιών τόσο στον μπροστινό όσο και στον πίσω άξονα. Στον πίσω άξονα, τα στοιχεία των αμορτισέρ των ελατηρίων έχουν κατακόρυφη διάταξη, ενώ στον μπροστινό άξονα είναι τοποθετημένα οριζόντια σε ορθή γωνία προς την κατεύθυνση της κίνησης. Τα ελατήρια είναι κατασκευασμένα από τιτάνιο και τα αμορτισέρ διαθέτουν μηχανισμό ρύθμισης και δοχείο, το οποίο είναι ενσωματωμένο εσωτερικά στα αμορτισέρ του μπροστινού άξονα. Στην περίπτωση των οριζόντιων στοιχείων αμορτισέρ με ελατήριο στον μπροστινό άξονα, οι κατακόρυφες δυνάμεις επαφής μεταδίδονται μέσω ενός συνδέσμου που βρίσκεται ακριβώς δίπλα από τα περιστρεφόμενα έδρανα στα κάτω ψαλίδια μέσω ωστήρων και βραχιόνων. Οι βραχίονες που ελέγχουν τα rocker έχουν πάχος τοιχώματος μόλις 0,4 χιλιοστά και ζυγίζουν μόλις 95 γραμμάρια ο καθένας. Οι βραχίονες ζυγίζουν λίγο κάτω από 195 γραμμάρια ο καθένας. Δεδομένου ότι ο αέρας ρέει πλήρως μέσα από τον μπροστινό άξονα του Bolide, τα κινηματικά του εξαρτήματα – τόσο τα εξαρτήματα τιτανίου που έχουν εκτυπωθεί σε 3D όσο και τα ψαλίδια από ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής αντοχής – είναι εξαιρετικά ελαφριά, άκαμπτα και αεροδυναμικά βελτιστοποιημένα. Η αντοχή σε εφελκυσμό αυτού και όλων των άλλων τρισδιάστατα εκτυπωμένων στοιχείων είναι 1.250 N/mm2. “Χρησιμοποιώντας μια ειδική διαδικασία θερμικής κατεργασίας που αναπτύχθηκε εσωτερικά, επιτυγχάνουμε αυτή την υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό με ταυτόχρονα υψηλή τάση θραύσης τουλάχιστον 19 τοις εκατό”, εξηγεί ο Götzke.
Το ωστήριο ζυγίζει μόλις 100 γραμμάρια
Οι προγραμματιστές είναι ιδιαίτερα υπερήφανοι για τα ωστήρια του Bolide. “Μεταφέρουν μια δύναμη στα ψαλίδια η οποία, ανάλογα με τον ελιγμό οδήγησης, ισοδυναμεί με βάρος έως και 3,5 τόνων. Παρόλα αυτά, χάρη στην εφαρμογή πολλαπλών ιδεών, ζυγίζουν μόνο όσο μια πλάκα σοκολάτας, δηλαδή 100 γραμμάρια το καθένα”, εξηγεί ο Henrik Hoppe. Για πρώτη φορά, οι προγραμματιστές της Bugatti διαφοροποίησαν το πάχος των τοιχωμάτων των λεπτότοιχων, κοίλων ράβδων. Γίνονται παχύτερες προς το κέντρο και στη συνέχεια πάλι λεπτότερες, πράγμα που σημαίνει ότι προσαρμόζονται βέλτιστα στις τοπικές καταπονήσεις. Παρόμοια με ένα ανθρώπινο οστό, το εξάρτημα έχει μια εσωτερική δομή. Αυτή η ειδική δομή κατοχυρώθηκε επίσης πρόσφατα ως δίπλωμα ευρεσιτεχνίας.
Στο κάλυμμα της εξάτμισης της εξάτμισης, ένα υβριδικό εξάρτημα από τιτάνιο και κεραμικό που εκτυπώνεται τρισδιάστατα, η Bugatti μείωσε το βάρος κατά το ήμισυ περίπου σε σύγκριση με τα ήδη βελτιστοποιημένα ως προς το βάρος καλύμματα της εξάτμισης από τιτάνιο, γνωστά από τη σειρά παραγωγής. Το εξάρτημα, το οποίο έχει μήκος μεγαλύτερο από 280 χιλιοστά και σταθερό πάχος τοιχώματος μόλις 0,5 χιλιοστά, ζυγίζει επομένως λιγότερο από 750 γραμμάρια. Δεδομένου ότι το κεραμικό υλικό είναι σημαντικά λιγότερο αποτελεσματικός αγωγός θερμότητας από το τιτάνιο, η Bugatti εισήγαγε ειδικά κεραμικά στοιχεία που ενσωματώνονται στο περίβλημα τιτανίου και κεντράρουν το κάλυμμα σε σχέση με το εξωτερικό κέλυφος από άνθρακα, έτσι ώστε το εξωτερικό κέλυφος να μην καταστρέφεται ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες καυσαερίων. Αυτή η θερμική θωράκιση υποστηρίζεται επίσης από ένα ενσωματωμένο ακροφύσιο Venturi: όταν το καυτό καυσαέριο εισέρχεται στο κάλυμμα του τελειώματος της εξάτμισης, εισέρχεται φρέσκος αέρας, δημιουργώντας έτσι ένα περίβλημα ψυχρού αέρα γύρω από τη ροή του καυτού καυσαερίου. Στο σύνολό της, πρόκειται για μια εφεύρεση για την οποία η Bugatti έχει υποβάλει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας.
Ελαφριά εξαρτήματα που βρίσκονται στο Bolide
Με το λανσάρισμα της Bolide -του υπερ-σπορ αυτοκινήτου με προσανατολισμό στην πίστα- πριν από λίγους μήνες, η Bugatti παρουσίασε μια εξαιρετική τεχνολογική ιδέα. Ο εμβληματικός κινητήρας W16 των 8,0 λίτρων, με ισχύ έως και 1.850 PS, κινεί ένα αυτοκίνητο που ζυγίζει μόλις 1.240 κιλά. Αυτό ισοδυναμεί με μια απίστευτη αναλογία βάρους προς ισχύ 0,67 kg/PS, τελική ταχύτητα πάνω από 500 km/h, τέλειο χειρισμό και μέγιστη ευελιξία. “Είναι τα πολλά τεχνολογικά χαρακτηριστικά του Bolide που το κάνουν τόσο ξεχωριστό. Αυτά όμως μπορούν να μεταφερθούν και στα οχήματα παραγωγής. Αυτό είναι που συνεχίζουμε να αναπτύσσουμε και να επεξεργαζόμαστε, γιατί η Bugatti ξεχωρίζει με τις εντυπωσιακές καινοτομίες της για πάνω από 110 χρόνια – και θα συνεχίσει να το κάνει και στο μέλλον”, λέει ο Frank Götzke.
