Stampa 3D di scatola elettrica per auto da corsa NASCAR, un'introduzione
CRP USA e DC Electronics hanno sviluppato insieme una scatola elettrica utilizzando la tecnologia della stampa 3D e della sinterizzazione laser (LS) con i materiali Windform. DC Electronics è un’azienda con sede nel Regno Unito e a Mooresville (Carolina del Nord), Stati Uniti. È uno dei principali produttori di impianti elettrici personalizzati per il settore della motoristica sportiva.
CRP USA con i suoi servizi di fabbricazione additiva e i materiali Windform ha supportato DC Electronics nella costruzione di una scatola elettrica personalizzata per le auto da corsa NASCAR.
La scatola elettrica per le auto da corsa NASCAR
Il campionato della categoria Sprint Cup della NASCAR nel febbraio del 2012 è passato all’iniezione elettronica come sistema di controllo dei motori. Conformemente al regolamento, parte dell’impianto elettrico era costituito da una scatola di comando a relè che gestiva l’alimentazione a 12 V per vari sensori, attuatori e pompe del carburante. Nella scatola erano alloggiati dei dispositivi elettromeccanici (relè) e due interruttori automatici.
In totale la scatola gestiva l’alimentazione a 7 circuiti separati, di cui 5 canali non erano dotati di protezione. I problemi con gli interruttori automatici avevano spinto numerosi team a bypassarli, azzerando completamente la protezione del circuito.
L’unità progettata da DC Electronics si basa su componenti a stato solido, vale a dire senza organi mobili che potrebbero subire gli effetti delle vibrazioni. Ciascun circuito viene pre-programmato con una corrente massima di sicurezza che il cablaggio è in grado di sopportare; nel caso in cui la corrente superi questo valore (a causa di danni accidentali o guasti dei componenti), l’uscita viene disattivata prima che il cablaggio subisca danni.
Inoltre, a ciascun circuito è assegnato un LED bicolore posto sulla parete esterna della scatola che ha la funzione di facilitare la ricerca dei guasti in caso di problemi. I LED segnalano se il circuito è disattivato o guasto.
Materiale composito Windform LX 2.0
Per la scatola elettrica è stato utilizzato il Windform LX 2.0 (ora sostituito dalla sua evoluzione Windform LX 3.0). Le caratteristiche meccaniche di questo materiale lo rendono ideale per questo tipo di applicazione. Grazie al rinforzo in fibra di vetro, Windform LX 2.0 è infatti caratterizzato da un buon carico di rottura. Ha eccellenti proprietà di resistenza termica con un punto di fusione di circa 180 °C. È di un colore nero naturale ed è possibile ottenere una finitura superficiale con Ra di soli 1,5 micron. Inoltre non è conduttivo, una proprietà che si è dimostrata essenziale per la scatola elettrica.
Il principale requisito che il materiale doveva soddisfare era quello del peso ridotto e la forma doveva consentire il retrofitting su staffe di supporto esistenti.
Era necessario che fosse sufficientemente robusta da resistere ai danni in fase di montaggio sulla piastra e al contempo in grado di sopportare il calore generato dal circuito stampato e di dissiparlo.
DC Electronics aveva già provato una scatola realizzata a partire da una billetta e una in materiale composito a base di carbonio.
La scatola realizzata dalla billetta era pesante e costosa da fabbricare. Anche quella in materiale composito era costosa e non si prestava facilmente alle modifiche progettuali necessarie in fase di sviluppo, in quanto ogni variazione rendeva necessari nuovi stampi e modelli.
CRP USA ha proposto a DC Electronics di costruire il componente con i materiali Windform e la stampa 3D. Questa soluzione si è dimostrata la più adeguata e il peso del componente finale in Windform LX 2.0 era inferiore a quello delle due scatole realizzate con la billetta e con materiali compositi a base di carbonio.
I vantaggi della stampa 3D e del Windform LX 2.0
Per DC Electronics i vantaggi principali derivanti dall’uso del Windform LX 2.0 e della stampa 3D sono stati i tempi rapidi di realizzazione di componenti adeguati per la produzione e il prezzo equo. A questi fattori si aggiunge la possibilità di apportare modifiche progettuali al modello CAD in modo rapido e semplice. “In questo progetto non abbiamo riscontrato alcun fattore limitante”, afferma David Cunliffe, Amministratore Delegato e co-fondatore di DC Electronics.
“Abbiamo scelto Windform principalmente per la rapidità di costruzione dei componenti e per le caratteristiche meccaniche del materiale”, aggiunge Cunliffe.
“Inoltre, CRP USA si è occupata anche della progettazione della scatola fornendoci un servizio a valore aggiunto che, insieme ai materiali Windform, valuteremo anche per i prodotti futuri in fase di sviluppo.”
Windform LX 2.0 e la stampa 3D hanno consentito di ottenere un efficace risultato finale. La scatola elettrica è stata testata in pista e il componente ha dimostrato di essere totalmente affidabile. Grazie alla tecnologia della fabbricazione additiva e ai materiali Windform, DC Electronics è riuscita a ottenere in tempi brevi una scatola elettrica affidabile da montare sulle auto da corsa NASCAR.