3D-печатаемые теплостойкие впускные коллекторы дают мотокроссу конкурентное преимущество

Андреа Пираццини, основатель Help3D, использовал 3D-принтеры Formlabs для создания кастомного впускного коллектора для своего пит-байка, соревнующегося в 12 Pollici Italian Cup.

В погоне за идеально линейной кривой мощности Пираццини применил CFD-симуляции для уточнения геометрии коллектора, устраняя необходимость редукционных фланцев, создающих локальные падения давления.

Приняв 3D-печать, он мог итерировать множество дизайнов при минимальных затратах, оценивать их на следующий день и завоевать производительное преимущество на трассе. Товарищ по команде Элия Марескутти выиграл чемпионат 2021 на байке с 3D-печатным коллектором.

Победный мотоцикл чемпиона 2021 S1 Over имел кастомный коллектор, напечатанный на Form 3.

Реверс-инжиниринг коллектора для оптимизации производительности

С 2012 года Пираццини использует 3D-печать для мелких функциональных деталей на своих мотоциклах. Он колебался браться за крупные теплостойкие компоненты, пока не стала доступна Rigid 10K Resin.

После тщательного изучения её спецификаций он решил бросить вызов традиционной алюминиевой обработке впускных коллекторов. Ранние попытки с FDM провалились из-за утечек воздуха, нарушавших работу карбюратора и выход двигателя.

Он начал с 3D-сканирования четырехтактного двухклапанного двигателя пит-байка и окружающего рамы и карбюратора. Данные загрузились в Autodesk Fusion 360, обеспечивая точный размер и позиционирование коллектора для предотвращения коллизий с рамой или выхлопом.

Используя CAD, Пираццини выровнял диаметр впуска головки с карбюратором, устраняя ступеньки, вызывающие падения давления или турбулентность. Он также спроектировал впускные трубки и каналы.

3D-сканирование для реверс-инжиниринга, реставрации и метрологии

Workflow 3D-сканирования и печати поддерживает репликацию, реставрацию, реверс-инжиниринг и метрологию. Скачайте наш white paper или посмотрите вебинар, чтобы научиться интегрировать эти технологии в ваш дизайн-процесс.

Разные версии впускного коллектора, напечатанные на Form 3, показаны ниже.

Когда правила чемпионата требовали ограничения мощности, Пираццини смоделировал коллектор, лимитирующий лошадиные силы без потери линейности. Тест-бенч позволил ему выявить оптимальный дизайн для каждой конфигурации двигателя.

Результатом стала расширенная кривая подачи на высоких оборотах, дающая примерно 1 ЛС (≈10%) больше мощности, чем обычный механически обработанный коллектор, оставаясь в рамках правил чемпионата.

Использование Rigid 10K Resin для печати теплостойких объектов

Финальный коллектор был произведен на Form 3 с Rigid 10K Resin при высоте слоя 100 микрон, давая гладкую поверхность без видимых линий слоев. Пираццини отфинишил деталь водонаждаемой наждачной бумагой, обычной практикой для SLA-принтов, достигающихinherent водонепроницаемости.

Запросите бесплатный образец детали

Rigid 10K Resin — самый жесткий материал в инженерном портфолио Formlabs. Запросите бесплатный образец и оцените качество Formlabs на практике.

Время печати варьировало от двух часов до двух часов сорока пяти минут в зависимости от толщины и размера. Каждая деталь стоила от €10 до €12. Пираццини смог напечатать до семи различных вариантов коллектора за ночь, тестируя их на следующий день.

Андреа Пираццини, основатель Help3D

«В мире 3D-печати PreForm — самая простая и в целом лучшая программа, которую я когда-либо использовал».

Две версии впускных коллекторов готовы к отправке на печать через PreForm.

В PreForm пользователи могут вручную ориентировать детали или позволять софту авто-ориентировать их. Пираццини нашел авто-ориентацию ценной, потому что она минимизирует поддерживающие структуры, которые можно добавлять или удалять по необходимости. Софт алертит, если критические поддержки отсутствуют.

Андреа Пираццини, основатель Help3D

«Очень приятно в Form 3, что размер поддержки в контакте с печатью крошечный, оставляя очень мало остатков для удаления».

Результаты

Form 3-напечатанный коллектор Пираццини выдерживает экстремальные температуры и остается установленным на его пит-байке. Термальная визуализация показала, что Rigid 10K коллектор с охлаждающими ребрами работал на 40–50 °C прохладнее стандартного алюминиевого коллектора.

После 20–25 минут гонки при температуре окружающей среды около 33 °C напечатанный коллектор можно было трогать без дискомфорта, демонстрируя его превосходное тепловое управление.

Предстоящие проекты

Успех впускного коллектора — только начало. Пираццини планирует использовать Rigid 10K смолу для reed-valve паков на двухтактных двигателях, клапанных крышках, редукционных фланцах для стыковок головок цилиндров и любых других герметичных компонентов.