Verwendung von 3D-Druck zur Herstellung von hitzebeständigen Endverbrauchsteilen und Ersatzteilen für den Motorsport

Andrea Pirazzini, der Gründer von Help3D, verwendete 3D-Drucker von Formlabs, um einen Ansaugkrümmer für ein Pitbike zu erstellen, das er bei der 12. Pollici Italian Cup-Meisterschaft fährt.

Beim Tuning des Motorrads versucht sein Team, möglichst lineare Leistung zu erzielen. Pirazzini verwendete eine strömungsdynamische Analyse möglicher Krümmer-Auswringkonstruktionen, um die Leistung zu begrenzen, ohne Reduzierflansche anbringen zu müssen, die örtliche Druckverluste verursachen könnten.

Pirazzini wandte sich dem 3D-Druck zu, weil er damit kostengünstig mehrere Versionen desselben Teils drucken, die Designs am nächsten Tag testen und auf der Strecke einen Vorteil haben konnte. Elia Marescutti, Pirazzinis Teamkollege, gewann die Meisterschaft 2021 auf einem Fahrrad mit einem 3D-gedruckten Krümmer. Lesen Sie weiter, um herauszufinden, wie Pirazzini das Projekt entwickelt hat.

Das Motorrad von Elia Marescutti, dem Gewinner der S1 Over-Meisterschaft 2021, verwendete einen benutzerdefinierten Krümmer, der auf dem Form 3 aufgedruckt war.

Reverse Engineering des Manifolds zur Leistungsoptimierung

Pirazzini fährt seit 2012 Motorrad. Von Anfang an nutzt er den 3D-Druck, um kleine Teile für sein Fahrrad herzustellen, wie zum Beispiel Halterungen für die Stoppuhr. Er zögerte, funktionellere und hitzebeständigere Teile zu entwickeln, bis er von der Einführung von Rigid 10K Resin erfuhr.

Nach eingehender Prüfung der Spezifikationen hielt Pirazzini den 3D-Druck eines Ansaugkrümmers, eines traditionell aus Aluminium gefertigten Teils, für ein interessantes Projekt. In der Vergangenheit hatte er versucht, die FDM-Technologie zu verwenden, aber das Ergebnis war nicht das, was er sich erhofft hatte, da Luftleckagen den Vergaser und die Motorleistung verzerrten.

Scan des Pitbike-Motors.

Bei der Entwicklung des Projekts verwendete Pirazzini 3D-Scanning und die Software Autodesk Fusion 360, um das Design zurückzuentwickeln. Der Scan des Viertaktmotors (Zweiventiler) mit Rahmen und Vergaser half ihm, den Krümmer richtig zu dimensionieren und dann so zu positionieren, dass der Vergaser nicht gegen den Rahmen oder die Auspuffanlage prallt. Pirazzini entwarf auch Ansaugtrompeten und Ansaugkanäle. Durch den Einsatz von CAD war es möglich, den Durchmesser des Kopfeinlasses auf den Vergaser abzustimmen, wodurch Stufen und jeglicher Druckabfall oder Turbulenzen vermieden wurden.

Weißes Papier

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Verschiedene Versionen der Ansaugkrümmer gedruckt mit dem Form 3.

Für den Fall, dass der Verteiler abgebaut werden musste, um die maximale Leistungsabgabe zu begrenzen, erstellte Pirazzini ein 3D-Modell des Verteilers, der so dimensioniert ist, dass die abgegebene Leistung begrenzt wird, ohne die Linearität zu verlieren. Anschließend führte er Probeläufe mit Hilfe eines Prüfstands durch, die es ermöglichten, für jeden von ihm untersuchten Motortyp den richtigen Krümmer zu finden.

Das Ergebnis war die Verlängerung der Förderkurve bei höheren Drehzahlen ohne den klassischen PS-Verlust. Im Wesentlichen hatte der Motor im Vergleich zum serienmäßig bearbeiteten Krümmer mehr PS (ca. 1 PS, fast 10 % mehr) zur Verfügung, während er innerhalb der von den Meisterschaftsregeln festgelegten Grenzen blieb.

Verwendung von starrem 10K-Harz zum Drucken hitzebeständiger Objekte

Das neue Verteilerdesign wurde mit dem Form 3 unter Verwendung des Rigid 10K Resin in einer Schichthöhe von 100 Mikrometer gedruckt, wodurch eine glatte Oberfläche ohne sichtbare Schichtlinien erzeugt wurde. Für das Finish verwendete Pirazzini klassisches Schleifpapier auf Wasserbasis, um die Oberfläche zu glätten. Im Gegensatz zu einem FDM-Verteiler, der außen und innen wasserdicht behandelt werden muss, erzeugt der SLA-Druck solide und wasserdichte Teile.

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Die Druckzeit hängt von der Dicke und Größe des Verteilers ab, variiert jedoch im Allgemeinen zwischen zwei Stunden und zwei Stunden und fünfundvierzig Minuten. Der Preis für jedes Teil variierte zwischen 10 und 12 €. Pirazzini konnte über Nacht bis zu sieben verschiedene Arten von Verteilern drucken, die er dann am nächsten Tag testen konnte.

Andrea Pirazzini, Gründerin von Help3D

"In der Welt des 3D-Drucks ist PreForm das einfachste und insgesamt leistungsstärkste Programm, das ich je verwendet habe."

Zwei Versionen von Ansaugkrümmern, die mit PreForm gedruckt werden können.

In PreForm kann der Benutzer das Objekt manuell positionieren oder die automatische Ausrichtung verwenden. Pirazzini fand letzteres sehr nützlich, da es dazu neigt, die Erstellung von Stützen zu minimieren, die je nach Bedarf des Benutzers hinzugefügt oder entfernt werden können. Wenn Stützen in Schlüsselbereichen des Druckauftrags fehlen, benachrichtigt die Software den Benutzer.

Andrea Pirazzini, Gründerin von Help3D

"Eine sehr schöne Sache insbesondere am Form 3 ist, dass die Größe des Trägers in Kontakt mit dem Druck wirklich winzig ist und nur sehr wenige Rückstände zum Entfernen hinterlassen."

Die Ergebnisse

Der Krümmer, den Pirazzini mit dem Form 3 gedruckt hat, hat hohen und niedrigen Temperaturen perfekt standgehalten und ist immer noch an seinem Pitbike montiert. Dank des Einsatzes einer Wärmebildkamera entdeckte Pirazzini, dass Rigid 10K Resin auch eine deutlich bessere thermische Leistung bietet:Der 3D-gedruckte Verteiler mit Kühlrippen zeichnete im Vergleich zu einem klassischen Aluminiumverteiler eine um 40-50 Grad Celsius niedrigere Temperatur auf. Außerdem war es nach einem Rennen von etwa 20-25 Minuten bei einer Außentemperatur von etwa 33 Grad möglich, den Krümmer anzufassen, ohne sich zu verbrennen, da es tatsächlich kalt war.

Anstehende Projekte

Der Ansaugkrümmer ist nur eines der Projekte, die mit dem Rigid 10K Resin zum Leben erweckt wurden. Tatsächlich erwartet Pirazzini, dass sich das Material auch für den Bau von Membranpaketen für Zweitaktmotoren, Stößelabdeckungen, Reduzierflanschen für Zylinderkopfkupplungen und alle anderen Teile eignet, die luftdicht sein müssen.