Il marchio di lusso francese sta espandendo la sua leadership tecnologica con lo sviluppo di componenti stampati in 3D altamente precisi utilizzati per realizzare la Bugatti Bolide.
Immagina dei componenti ultraleggeri che siano resistenti come una colonna di cemento armato. Ora è possibile, grazie alla tecnologia guidata dagli innovativi ingegneri Bugatti. L’asta di spinta di nuova concezione stampata in 3D – un’asta di accoppiamento caricata a pressione nella zona del telaio – pesa solo 100 grammi e può trasmettere forze fino a 3,5 tonnellate. La struttura cava in titanio con arco di sostegno interno offre un’incredibile resistenza ed è un’altra innovazione ingegneristica dimostrata dall’esperienza di Bugatti.
Questo nuovo progetto è guidato da Henrik Hoppe, dottorando del dipartimento Nuove Tecnologie di Bugatti, che dal 2017 sviluppa materiali metallici e processi produttivi innovativi. Ha scritto la sua tesi di laurea magistrale su una metodologia di calcolo per una pinza freno in titanio stampata in 3D, che è più leggera del 43% rispetto al componente di produzione della Chiron, già altamente ottimizzato nel peso, e altrettanto rigida. “Grazie al processo noto come fusione laser selettiva, comunemente conosciuto come stampa 3D, è possibile produrre nuovi componenti cavi e ultracomplessi, irrigiditi dall’interno, molto leggeri e allo stesso tempo estremamente rigidi e resistenti. Stiamo sfruttando questi vantaggi per un numero crescente di componenti delle nostre auto iper-sportive”, spiega Hoppe.
Nella sua tesi di dottorato, l’ingegnere industriale fa un ulteriore passo avanti. Hoppe è il pioniere di un nuovo sistema, a causa dell’intensità dei costi e dei tempi legati all’intero ciclo del processo produttivo, dall’ideazione alla consegna. Hoppe utilizza questo sistema per identificare il potenziale commerciale e tecnologico dei componenti metallici funzionali stampati in 3D per la produzione automobilistica e può migliorare questo potenziale con applicazioni mirate a parti specifiche. In precedenza, questi tipi di componenti venivano utilizzati prevalentemente nel settore aerospaziale.
Componenti stampati in 3D con una struttura complessa simile a quella delle ossa
Bugatti utilizza abitualmente questa innovativa tecnologia di stampa 3D per migliorare i componenti con complesse strutture tridimensionali. Il produttore di lusso francese applica i principi della bionica per conferire ai componenti stampati una struttura simile a quella delle ossa: pareti sottili, interno cavo e ramificazioni sottili. È proprio in questo modo che i componenti ottengono una notevole rigidità nonostante il loro peso ridotto, con uno spessore delle pareti di soli 0,4 millimetri. “Continueremo a ridurre il peso delle nostre auto aumentando al contempo le loro caratteristiche innovative in ogni ambito possibile”, spiega Henrik Hoppe. Dall’ideazione alla produzione fino all’installazione nel veicolo, l’ingegnere progetta e pianifica le singole fasi ed esegue tutti i calcoli. Questo include anche la valutazione della fattibilità commerciale della produzione dei componenti. “Sebbene Bugatti richieda i più alti standard qualitativi in termini di materiali, processi produttivi e componenti, questi devono essere commercialmente validi”, aggiunge.
Bugatti è all’avanguardia nella stampa 3D
Bugatti è il leader tecnologico nel campo della stampa 3D in metallo. Dall’inizio della produzione della Chiron, l’auto ipersportiva è stata dotata del primo componente funzionale in metallo stampato in 3D di serie del settore: una piccola console con pompa ad alta pressione per il trasporto dell’acqua accanto al serbatoio del fluido della trasmissione. Nel 2018 Bugatti ha presentato il componente in titanio stampato in 3D più grande al mondo, una pinza freno in titanio. A questo ha fatto seguito il più grande assemblaggio funzionale ibrido al mondo realizzato in titanio stampato in 3D e carbonio arrotolato. “Questi componenti sono estremamente leggeri, robusti e durevoli e quindi assolutamente adatti all’uso nei veicoli di serie”, afferma Frank Götzke, responsabile delle nuove tecnologie di Bugatti.
I nuovi materiali e i processi di produzione vengono ora utilizzati nel vettore tecnologico Bugatti Bolide, che ha celebrato la sua prima mondiale alla fine di ottobre 2020. “Come veicolo sperimentale sotto forma di auto da corsa, la Bolide non è una show car, ma un estratto senza compromessi e pronto per la strada dell’intera esperienza tecnologica di Bugatti. Gli appassionati di Bugatti troveranno queste tecnologie all’avanguardia anche in altri veicoli in futuro”, afferma Frank Götzke.
Proprio come i turbofan tipicamente utilizzati negli sport motoristici, Bugatti ha trovato il modo di inserire dei compressori radiali su cerchi forgiati in magnesio ultraleggeri. Il loro aspetto è simile a quello di un cerchione, ma svolgono molteplici funzioni: pompano l’aria fuori dai passaruota attraverso i freni e aspirano l’aria calda verso l’esterno. In questo modo, i turboventilatori raffreddano i freni e riducono al minimo la portanza. A differenza delle note soluzioni monomateriale, i componenti Bolide hanno una struttura ibrida. Si tratta di una ciotola centrale in titanio stampato in 3D con uno spessore di 0,48 millimetri e di una piastra in carbonio dello spessore di 0,7 millimetri con piccole pale interne, anch’esse in carbonio. Le traverse con una larghezza di 0,48 millimetri aumentano ulteriormente la rigidità della ciotola centrale in titanio, che pesa solo 100 grammi. Tutto questo porta a un peso totale inferiore a 400 grammi per un singolo turboventilatore da 18 pollici sulle ruote posteriori (17 pollici su quelle anteriori). Questo non sarebbe possibile con una soluzione monomateriale perché non è possibile ottenere la resistenza alla deformazione e la rigidità flessionale specifiche.
325 grammi per contenere 1,8 tonnellate
I componenti altamente complessi della stampante 3D vengono utilizzati anche in punti nascosti. Una staffa di montaggio per l’ala anteriore, sulla quale è possibile montare l’ala anteriore a tre diverse altezze, è stata stampata in titanio da Bugatti. Con un interno cavo e uno spessore di 0,7 millimetri, la staffa di montaggio può sopportare una deportanza aerodinamica fino a 800 chilogrammi, con un peso di soli 600 grammi. La deportanza dell’ala posteriore, che può raggiungere le 1,8 tonnellate a 320 km/h, viene introdotta attraverso la pinna centrale in carbonio del Bolide nella matrice strutturale superiore, che costituisce la terminazione superiore del telaio posteriore in acciaio inox ad alta resistenza. All’interno di questa pinna centrale c’è un componente in titanio laminato e stampato per collegare la pinna all’ala, il cui angolo può essere regolato tramite un’asta di accoppiamento. Nonostante la sua rigidità, pesa solo 325 grammi. Gli ingegneri hanno utilizzato il titanio anche per stampare la staffa per il montaggio del piantone dello sterzo, che presenta un supporto integrato per il cruscotto, il collare di supporto per il passaggio del piantone dello sterzo e le due bocchette di aerazione dell’interno del veicolo. Tutti i componenti sono stati progettati come strutture cave leggere, con uno spessore uniforme di 0,5 millimetri.
Il Bolide è dotato di un controllo delle ruote basato su una cinematica a doppio braccio sia sull’asse anteriore che su quello posteriore. Sull’asse posteriore, gli elementi ammortizzatori a molla hanno una configurazione verticale, mentre sull’asse anteriore sono disposti orizzontalmente ad angolo retto rispetto alla direzione di marcia. Le molle sono in titanio e gli ammortizzatori sono dotati di un meccanismo di regolazione e di un serbatoio, integrato internamente negli ammortizzatori dell’asse anteriore. Nel caso degli ammortizzatori a molla orizzontali sull’assale anteriore, le forze di contatto verticali vengono trasmesse tramite un leveraggio situato direttamente accanto ai cuscinetti girevoli dei quadrilateri inferiori attraverso aste di spinta e bilancieri. Le staffe che controllano i bilancieri hanno uno spessore di appena 0,4 millimetri e pesano solo 95 grammi ciascuna. I bilancieri pesano poco meno di 195 grammi ciascuno. Poiché l’aria passa completamente attraverso l’asse anteriore della Bolide, i suoi componenti cinematici – sia quelli in titanio stampati in 3D che i bilancieri in acciaio inox ad alta resistenza – sono estremamente leggeri, rigidi e ottimizzati dal punto di vista aerodinamico. La resistenza alla trazione di questo e di tutti gli altri elementi stampati in 3D è di 1.250 N/mm2. “Grazie a uno speciale processo di trattamento termico sviluppato internamente, otteniamo questa elevata resistenza alla trazione con un’elevata deformazione alla frattura di almeno il 19%”, spiega Götzke.
L’asta di spinta pesa solo 100 grammi
Gli sviluppatori sono particolarmente orgogliosi delle aste di spinta del Bolide. “Trasferiscono una forza ai bilancieri che, a seconda della manovra di guida, equivale a un peso fino a 3,5 tonnellate. Tuttavia, grazie all’implementazione di molteplici idee, pesano solo quanto una tavoletta di cioccolato, ovvero 100 grammi ciascuna”, spiega Henrik Hoppe. Per la prima volta, gli sviluppatori Bugatti hanno variato lo spessore delle pareti delle aste cave a parete sottile. Queste ultime diventano più spesse verso il centro e poi di nuovo più sottili, il che significa che si adattano in modo ottimale alle sollecitazioni localizzate. Simile a un osso umano, il componente ha una struttura interna. Questa speciale struttura è stata recentemente registrata come brevetto.
Nel coperchio del terminale di scarico, un componente ibrido realizzato in titanio e ceramica stampati in 3D, Bugatti ha ridotto il peso di circa la metà rispetto ai già ottimizzati coperchi del terminale di scarico in titanio ben noti nella produzione di serie. Il componente, che misura più di 280 millimetri di lunghezza e ha uno spessore consistente di appena 0,5 millimetri, pesa quindi meno di 750 grammi. Poiché il materiale ceramico è un conduttore di calore molto meno efficace del titanio, Bugatti ha introdotto speciali elementi in ceramica che sono integrati nell’alloggiamento in titanio e che centrano la copertura rispetto al rivestimento esterno in carbonio, in modo che quest’ultimo non venga danneggiato anche in presenza di elevate temperature dei gas di scarico. Questo scudo termico è supportato anche da un ugello Venturi incorporato: quando i gas di scarico caldi entrano nel rivestimento del terminale, viene aspirata aria fresca, creando così una camicia di aria fredda intorno al flusso di gas di scarico caldi. Si tratta di un’invenzione per la quale Bugatti ha presentato una domanda di brevetto.
Componenti leggeri presenti nel Bolide
Con il lancio della Bolide – l’auto iper-sportiva orientata alla pista – qualche mese fa, Bugatti ha presentato uno straordinario concetto tecnologico. L’iconico motore W16 da 8,0 litri, con una potenza massima di 1.850 CV, alimenta un’auto che pesa solo 1.240 kg. Questo equivale a un incredibile rapporto peso/potenza di 0,67 kg/PS, una velocità massima di oltre 500 km/h, una maneggevolezza perfetta e la massima agilità. “Sono le numerose caratteristiche tecnologiche del Bolide a renderlo così speciale. Ma queste caratteristiche possono essere trasferite anche ai veicoli di serie. È su questo che continuiamo a sviluppare e a lavorare, perché Bugatti si è distinta per le sue straordinarie innovazioni per oltre 110 anni e continuerà a farlo in futuro”, afferma Frank Götzke.
