Sviluppo e realizzazione dell’alloggiamento motore di Energica Ego

Sviluppo e realizzazione dell’alloggiamento motore di Energica Ego
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Le tecnologie del Gruppo CRP a supporto della prima moto supersportiva elettrica italiana: sviluppo e realizzazione dell’alloggiamento motore di Energica Ego

A Modena, patria dei motori e delle supercar, è nata Energica, la prima moto elettrica ad elevate prestazioni di Energica Motor Company S.p.A. costruita rigorosamente con tecnologie da F1 e materiali per sinterizzazione laser di ultima generazione. Energica è stata realizzata e sviluppata grazie al Gruppo CRP, la cui pluridecennale attività nel campo delle lavorazioni meccaniche di precisione e della stampa 3D professionale ha permesso la creazione di soluzioni innovative e all’avanguardia che hanno reso Energica un esemplare unico al mondo.
Il progetto Energica nasce da una visione imprenditoriale della famiglia Cevolini nel 2009, dopo l’esperienza di CRP Racing e parallelamente a eCRP.
Il Gruppo CRP è stato fondamentale per lo sviluppo industriale di Energica fin dai primissimi prototipi, che presentano parti realizzate con la tecnologia della Sinterizzazione Laser Selettiva e nei materiali compositi caricati fibra di carbonio o vetro Windform, ideati dal reparto R&S di CRP Technology, l’azienda del Gruppo che da oltre 20 anni si occupa di stampa 3D professionale.
Energica ha beneficiato dell’esperienza che il Gruppo CRP ha maturato in oltre 45 anni di attività a fianco delle maggiori squadre di F1, Moto GP, Rally Raid, ALMS. Ad esse il Gruppo ha sempre offerto un alto livello di supporto durante l’intero svolgimento dei progetti, ed è sempre stato coinvolto sin dalle prime fasi del disegno e dello sviluppo, processo di costruzione compreso, con conseguente riconoscimento di un approccio innovativo nell’uso di materiali e tecnologie inedite.

L’oggetto del caso applicativo è la realizzazione dell’alloggiamento motore della moto Energica Ego.

L’alloggiamento motore è un componente importante della moto elettrica, che presenta elevate caratteristiche di complessità.
In questo caso specifico, gli ingegneri di Energica e lo staff del Gruppo CRP hanno lavorato congiuntamente alla riprogettazione della parte, per far fronte all’esigenza di ospitare il rotore e statore, e il riduttore di velocità.
L’alloggiamento motore di una moto elettrica ad elevate prestazioni come Energica Ego, è dunque un componente molto preciso, ma non solo: il gruppo propulsivo da supportare è così potente, che si può adattare a qualsiasi veicolo.
Il riduttore di Energica Ego è caratterizzato da una cascata di ingranaggi a denti dritti che porta il numero di giri del pignone alla velocità angolare desiderata.
La struttura incorpora l’albero su cui viene montato il pignone stesso, che va a ingranare con la catena per portare il moto alla corona collegata alla ruota posteriore.
Il tutto dà la trazione della motocicletta.

Per la riprogettazione del componente, lo staff di Energica e di CRP hanno dovuto tener conto di diverse esigenze, ovvero:

  • Leggerezza (essendo il motore elettrico pesante, l’alloggiamento doveva risultare leggero)
  • Resistenza elevata (in quanto il motore genera una coppia elevata)
  • Corretto dimensionamento delle ruote dentate e opportuna scelta dei materiali.

All’alloggiamento motore è stata attribuita anche la funzione di sostegno parziale del telaio.

Prima fase: realizzazione di un prototipo funzionale in stampa 3D professionale

Lo staff della CRP ha creato un prototipo in stampa 3D e materiali Windform® affidandosi all’esperienza di CRP Technology, l’azienda del Gruppo CRP leader nel campo della stampa 3D professionale con la famiglia dei materiali compositi Windform.

3D printed functional prototype in Windform LX 2.0 housing assembly and processing tests

Prototipo funzionale in stampa 3D professionale e Windform® LX 2.0 con prime prove di assemblaggio, lavorazioni e alloggiamento

Il prototipo, realizzato con tecnologia SLS in Windform® LX 2.0 (materiale composito a base poliammidica caricato con fibre di vetro, sostituito ora dall’evoluzione Windform® LX 3.0, con caratteristiche di non conduttività e di resistenza in temperatura), ha consentito ai tecnici di validare il disegno CAD e ai meccanici di Energica di lavorare sullo sviluppo del manichino: il prototipo in stampa 3D professionale infatti, grazie all’unicità del materiale Windform® che permette la realizzazione di prototipi funzionali, è stato montato direttamente sulla moto, consentendo una verifica completa delle maggiori criticità legate all’assemblaggio di ogni parte (tolleranze di lavorazione, ingresso del telaio, montaggio degli ingranaggi e loro corretto funzionamento, passaggio dei cavi) e fornendo quindi ai meccanici un aiuto concreto nella gestione delle criticità che si possono incontrare ogni giorno lavorando su una moto.
“Poter toccare con mano il prototipo dell’alloggiamento motore realizzato in stampa 3D e Windform® – dichiarano i tecnici di Energica Motor Company – è stato importantissimo per noi, che gestiamo gli spazi e il montaggio. Abbiamo così potuto studiare concretamente se il pezzo, per esempio, si monta e smonta bene; se tutte le parti si raggiungono; se è possibile utilizzare chiavi standard… Chi fa il nostro lavoro deve mettersi nei panni di chi maneggerà la moto di produzione: ovvero i clienti, ma anche i rivenditori e i meccanici delle officine autorizzate.

Progettare e realizzare una moto è un lavoro di squadra tra designer, tecnici e ingegneri.
Bisogna scontrarsi con problematiche tecnologiche/ingegneristiche, di design, di funzionalità e lo scopo finale è quello di far combaciare il lavoro dei tre settori.
I prototipi realizzati in stampa 3D e Windform® ti permettono di studiare i vari elementi, e di migliorarli laddove richiesto accorciando i tempi di sviluppo e diminuendo i costi.
Grazie infatti al connubio tra tecnologia SLS e materiali Windform, è possibile dare continuità allo studio dei pezzi. I prototipi in Windform sono funzionali al 100%, li possiamo montare sulla moto e fare direttamente test su strada e pista. Non si perde tempo che, in questa fase, è prezioso.

Qualche esempio concreto? Uno degli errori più comuni è che l’accesso ad una vite venga nascosto dal telaio. Al CAD puoi accorgerti dell’errore, ma i componenti simili sono così tanti, che qualcuno, inevitabilmente, sfugge… Avere la possibilità di studiare il pezzo in forma di prototipo funzionale, montandolo direttamente sulla moto, è di grande aiuto”.

Altro esempio: l’alloggiamento motore in stampa 3D ci ha permesso di vedere i passaggi dell’olio, e studiare al meglio i canali che vanno dalla pompa al motore.
Avendo questo motore una pompa meccanica, più gira alto più il flusso dell’olio è imponente. I canali di scolo dell’olio devono impedire che la coppa dell’olio si svuoti, l’olio deve poter scendere abbastanza velocemente affinché la pescante della pompa dell’olio abbia sempre dell’olio da rimandare in circolo. E’ stato molto importante vedere tutti i passaggi, studiarli con i vari flussi e tutto quello che concerne.
Alcuni passaggi interni sono molto delicati; abbiamo verificato se si creavano delle zone di ristagno dell’olio. E tutto questo è stato possibile grazie al prototipo in Windform®.
Through the combination of LS technology and Windform® composite materials, it is possible to ensure the ongoing study of the components. The prototypes made in Windform® are 100% functional, we can mount them on the motorcycle and test them on the road and on the track. We do not waste time which, at this stage, is very precious.

Seconda fase: realizzazione del prototipo in alluminio ricavato dal pieno

Convalidato il file CAD, la fase successiva ha riguardato la scelta dei materiali per realizzare un prototipo in lega di alluminio.
I requisiti, molto simili a quelli richiesti dal mondo delle auto da corsa (e che il Gruppo CRP conosce molto bene vantando oltre 45 anni di attività nel campo delle tecnologie all’avanguardia per la F1) erano:

  • Resistenza
  • Leggerezza
  • Resistenza in temperatura

Dopo la selezione delle due leghe di alluminio (6082 e Ergal 7075), CRP ha realizzato l’alloggiamento motore ricavato dal pieno con i sistemi di produzione a 5 assi di CRP Meccanica, azienda del Gruppo CRP che da quasi 50 anni si occupa di lavorazioni meccaniche CNC di precisione per i settori più performanti ed esigenti come Motorsport e F1.

Aluminum billet, CNC machined motor housing prototype – setting up phase

Prototipo in alluminio ricavato dal pieno – in allestimento

Struttura del pezzo

La parte centrale, la più grande, è stata inizialmente dotata di una finestra passante per consentire al suo interno il posizionamento del motore. Ogni lato prevedeva un coperchio di chiusura.
Su una delle due facce era previsto il montaggio della cascata di ingranaggi, su cui sarebbe poi stato montato un ulteriore coperchio di chiusura.
Nella parte inferiore erano stati previsti l’albero per portare il moto al pignone e la coppa dell’olio (inizialmente realizzata con la tecnologia LS in Windform® GT, materiale composito a base poliammidica caricato con fibre di vetro resistente ai liquidi e non conduttivo elettricamente).
L’approccio innovativo nell’uso di materiali e tecnologie all’avanguardia, unito alla pluridecennale esperienza a servizio dei clienti, ha permesso al Gruppo CRP di selezionare in breve tempo i materiali più idonei: lega 6082 per la parte di grandi dimensioni e Ergal 7075 per i coperchi.

Aluminum billet CNC machined motor housing prototype, mounted on Energica Prototipo Zero - road ready

Prototipo in alluminio ricavato dal pieno montato su Energica Prototipo Zero pronto da strada

“Questa fase – dichiarano i tecnici di Energica – è stata portata a termine in tempi contenuti. CRP ci ha supportato moltissimo, e non abbiamo riscontrato alcun problema al pezzo, sia durante le prove al banco che nel montaggio sulla moto: le tolleranze richieste erano molto complicate e strette, in quanto il progetto prevedeva due file di cuscinetti (quelli sul motore, più gli esterni a tenuta dell’albero) che dovevano garantire agli ingranaggi di lavorare bene.
Successivamente, abbiamo potuto validare il progetto su strada”.

Terza fase: Rapid casting e pre-serie

La fase seguente ha riguardato la realizzazione di modelli per la pre-serie.
Lo staff di CRP ha, in questo caso, optato per il rapid casting con fusione in alluminio e sabbie sinterizzate. La scelta è stata dettata dalla velocità di esecuzione della tecnologia, ma non solo: “Per il prototipo abbiamo utilizzato – specifica lo staff di CRP – la lega selezionata per la fase successiva, quella definitiva di produzione”.
E’ stato così possibile compiere studi, modifiche e lavorazioni meccaniche direttamente sulla fusione: questo ha consentito la validazione definitiva del progetto.
Energica ha così potuto beneficiare di un notevole abbattimento dei costi e dei tempi per arrivare sul mercato.

Motor housing for pre-series, manufactured via Aluminium rapid casting with sintered sand moulds

Motor housing for pre-series manufactured via Aluminium rapid casting with sintered sand moulds

Motore per la pre-serie realizzato in rapid casting con fusione in alluminio e sabbie sinterizzate