3D-gedruckte hitzebeständige Ansaugkrümmer geben Motorsport-Bikes Wettbewerbsvorteil

Andrea Pirazzini, Gründer von Help3D, hat Formlabs 3D-Drucker genutzt, um einen individuellen Ansaugkrümmer für sein Pit Bike zu fertigen, das im 12 Pollici Italian Cup antritt.

Auf der Suche nach einer perfekt linearen Leistungskurve setzte Pirazzini Strömungssimulationen ein, um die Krümmergeometrie zu verfeinern und die Notwendigkeit von Reduzierflanschen zu eliminieren, die lokale Druckabfälle erzeugen können.

Durch den Einsatz von 3D-Druck konnte er mehrere Designs zu minimalen Kosten iterieren, sie am Folgetag evaluieren und einen Performancevorteil auf der Strecke sichern. Teamkollege Elia Marescutti gewann die 2021-Meisterschaft auf einem Bike mit 3D-gedrucktem Krümmer.

Das Motorrad des siegreichen 2021 S1 Over Champions verfügte über einen individuellen Krümmer, gedruckt auf dem Form 3.

Reverse Engineering des Krümmer zur Performance-Optimierung

Seit 2012 nutzt Pirazzini 3D-Druck für kleine funktionale Teile an seinen Motorrädern. Er zögerte, größere, hitzebeständige Komponenten anzugehen, bis Rigid 10K Resin verfügbar wurde.

Nach gründlicher Prüfung der Spezifikationen entschied er sich, die traditionelle Aluminiumbearbeitung von Ansaugkrümmer herauszufordern. Frühere Versuche mit FDM scheiterten aufgrund von Luftleckagen, die Vergaserbetrieb und Motorleistung störten.

Er begann mit 3D-Scanning des Pit-Bike-Viertakt-Zweiventilmotors sowie des umgebenden Rahmens und Vergasers. Die Daten flossen in Autodesk Fusion 360 ein, was präzises Dimensionieren und Positionieren des Krümmer ermöglichte, um Kollisionen mit Rahmen oder Auspuff zu vermeiden.

Mithilfe von CAD alignierte Pirazzini den Zylinderkopfeinlassdurchmesser mit dem Vergaser, eliminierte Stufen, die Druckabfälle oder Turbulenzen verursachen könnten. Er designte auch Ansaugtrichter und -kanäle.

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Verschiedene Versionen des Ansaugkrümmer, gedruckt auf dem Form 3, sind unten dargestellt.

Als die Meisterschaftsregeln eine Leistungsbegrenzung verlangten, modellierte Pirazzini einen Krümmer, der die PS-Zahl limitierte, ohne Linearität zu opfern. Ein Prüfstand ermöglichte ihm, das optimale Design für jede Motorkonfiguration zu identifizieren.

Das Ergebnis war eine erweiterte Leistungskurve bei höheren Drehzahlen, die etwa 1 PS (≈10 %) mehr Leistung als ein konventioneller gefräster Krümmer erreichte, während die Meisterschaftsregeln eingehalten wurden.

Rigid 10K Resin für hitzebeständige Objekte nutzen

Der finale Krümmer wurde auf dem Form 3 mit Rigid 10K Resin bei 100 µm Schichthöhe gedruckt, was eine glatte Oberfläche ohne sichtbare Schichtlinien ergab. Pirazzini finishte das Teil mit wasserbasiertem Schleifpapier, eine gängige Praxis für SLA-Drucke, die inhärente Dichtigkeit erreichen.

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Die Druckzeit lag zwischen zwei und zweieinhalb Stunden, abhängig von Dicke und Größe. Jedes Teil kostete zwischen 10 € und 12 €. Pirazzini konnte bis zu sieben verschiedene Krümmervarianten über Nacht drucken und am nächsten Tag testen.

Andrea Pirazzini, Gründer von Help3D

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

Zwei Versionen der Ansaugkrümmer sind bereit zum Drucken in PreForm.

In PreForm können Nutzer Teile manuell orientieren oder die Software auto-orientieren lassen. Pirazzini fand Auto-Orientierung wertvoll, da sie Supportstrukturen minimiert, die nach Bedarf hinzugefügt oder entfernt werden können. Die Software warnt, wenn kritische Supports fehlen.

Andrea Pirazzini, Gründer von Help3D

„Ein sehr netter Aspekt am Form 3 ist, dass die Größe des Supports im Kontakt mit dem Druck winzig ist, was sehr wenig Rückstände zum Entfernen hinterlässt.“

Die Ergebnisse

Pirazzinis Form-3-gedruckter Krümmer hält extremen Temperaturen stand und bleibt an seinem Pit Bike montiert. Thermografie zeigte, dass der Rigid-10K-Harz-Krümmer mit Kühlrippen 40–50 °C kühler lief als ein Standard-Aluminiumkrümmer.

Nach einem 20–25-minütigen Rennen bei einer Umgebungstemperatur von ca. 33 °C konnte der gedruckte Krümmer ohne Unbehagen berührt werden, was sein überlegenes Wärmemanagement demonstriert.

Kommende Projekte

Der Erfolg des Ansaugkrümmer ist erst der Anfang. Pirazzini plant, Rigid 10K Harz für Schieferventilpakete an Zweitaktmotoren, Ventildeckel, Reduzierflansche für Zylinderkopfkupplungen und jede andere luftdichte Komponente einzusetzen.