Pneumatici Hankook

“Lo scopo principale dell’utilizzo della stampa 3D è quello di comunicare meglio con gli addetti alla ricerca e allo sviluppo prima di costruire lo stampo per produrre lo pneumatico. Gli stampi tradizionali sono lavorati a macchina e lo sviluppo costa molto tempo e denaro, ma questo è stato anche il modo convenzionale per escogitare un nuovo design, forma e persino volume. Ora, utilizzando le tecnologie di produzione additiva di 3D Systems, possiamo lavorare più velocemente con gli addetti alla ricerca e allo sviluppo per escogitare la forma o la struttura utilizzando piccole porzioni della struttura e poi testare i nostri prototipi per la sicurezza, il rumore e altri parametri”. 

- Rosa Youn, responsabile dello studio di innovazione del design, Hankook Tire & Technology
 

Hankook Tire & Technology è consapevole che le soluzioni di mobilità autonoma del futuro richiedono una nuova generazione di pneumatici che combinano una manutenzione minima con la massima sicurezza e comfort. Con la loro scarsa manutenzione e maggiore sicurezza, gli NPT sono predestinati per questo campo di applicazione, ma lo sviluppo di un NPT che soddisfi tutte queste richieste presenta una sfida di progettazione complessa e costosa. I progettisti di Hankook credevano che un design biomimetico che imitasse i tessuti biologici avrebbe fornito supporto interno per l’NPT, ma con un numero pressoché infinito di possibili progetti di struttura cellulare, lo studio di progettazione di Hankook aveva bisogno di un modo per valutare rapidamente parti parziali e modelli completi in scala. 

I metodi di prototipazione tradizionali per i nuovi pneumatici spesso iniziavano con una bozza 2D, passando a un progetto CAD 3D che si sarebbe tradotto in uno stampo in alluminio da abili macchinisti umani. L’intero processo era troppo costoso e lento, con ogni iterazione che richiedeva potenzialmente settimane o mesi. 

Inoltre, la matrice biomimetica dei “raggi” di supporto dell’NPT ha sfidato anche le stazioni di lavorazione più capaci a causa delle sue complesse strutture cave e interconnesse. Dopo aver esplorato diversi sistemi additivi per la prototipazione rapida e la produzione di bassi volumi, Hankook ha scelto la piattaforma tecnologica Figure 4 di 3D Systems per le strutture di supporto in plastica e il battistrada in gomma. Hankook si è anche rivolta al partner CEP Tech di 3D Systems per la sinterizzazione laser selettiva (SLS) per realizzare le strutture metalliche dei pneumatici e delle cerniere, accelerando lo sviluppo dei prototipi di i-Flex NPT. Il risultato, come dicono i progettisti di Hankook, è il futuro della mobilità. 

Lo pneumatico NPT di Hankook include una complessa matrice di plastica biomimetica per il supporto interno, un battistrada elastomerico e parti metalliche che eseguono alcune delle funzioni di supporto del cerchio ruota, oltre a funzioni aggiuntive necessarie per i veicoli autonomi. La lavorazione di queste strutture cave in plastica sarebbe quasi impossibile. 

“Grazie alle tecnologie di produzione additiva [di 3D Systems], siamo in grado di progettare o realizzare qualsiasi cosa vogliamo o che possiamo immaginare. Questa tecnologia può eliminare i limiti della produzione, il che è davvero fantastico per noi. Con la progettazione tradizionale dei prodotti, ad esempio, la costruzione e la lavorazione meccanica, esistono molti limiti. Le macchine utensili hanno dei limiti. La produzione additiva non ha questi limiti”, ha affermato Hee Sung Jang, progettista dello studio di innovazione del design, Hankook Tire & Technology.

Con la piattaforma Figure 4, i progettisti di Hankook sono in grado di iterare rapidamente diverse matrici di supporto utilizzando la plastica Figure 4 PRO-BLK 10, dotata di proprietà meccaniche termoplastiche. Il team dello studio di progettazione di Hankook ha potuto rapidamente trasformare i progetti 3D di diverse matrici biomimetiche in prototipi parziali o scalati che mantengono la stessa spaziatura cellulare, il che è fondamentale per le prove eseguite a valle, limitando al contempo i costi di sviluppo. Con parti parziali comprendenti strutture cellulari a grandezza naturale, i progettisti hanno potuto valutare rapidamente i punti di forza relativi tra i progetti candidati eseguendo prove fisiche, prima di procedere all’assemblaggio completo dei pneumatici. 
 

I pneumatici, compresi quelli NPT, devono essere sicuri e durevoli, ma devono anche essere gradevoli dal punto di vista estetico e acustico. In poche parole, i clienti non sono disposti ad acquistare pneumatici brutti o rumorosi. Dopo aver sviluppato la matrice di supporto NPT, i progettisti dello studio di progettazione di Hankook sono stati in grado di sviluppare progetti di battistrada parziali e scalati utilizzando materiali elastomerici Figure 4 RUBBER-65A BLK. 

“Utilizzando tali materiali e parti parziali, possiamo valutare il rumore e la sicurezza della parte”, ha affermato la signora Youn. “Il sistema di prova convoglia aria o acqua nel canale o solco, [e] misuriamo il rumore per capire se la struttura è corretta o meno”. Ha aggiunto che in futuro, la costruzione di questi battistrada in materiale Figure 4 traslucido renderà il processo ancora più semplice, consentendo agli ingegneri di osservare come il fluido si muove lungo le scanalature del battistrada, aspetto fondamentale della sicurezza dei pneumatici in condizioni meteorologiche avverse.

Inoltre, la stampa dei battistrada rende più facile agli ingegneri di produzione valutare la stabilità e la potenziale screpolatura, con conseguente riduzione dell’affidabilità, dei nuovi pneumatici NPT.
 

La capacità della produzione additiva di sviluppare forme complesse ha anche consentito ai progettisti di Hankook di creare scanalature e strutture interne che aiutano a collegare i tre elementi principali dei pneumatici: battistrada, matrici di supporto NPT e componenti termoplastici mobili del cerchio. I componenti termoplastici sono stati prodotti da CEP Tech, utilizzando la tecnologia SLS di 3D Systems. Questa era una novità per Hankook, poiché i pneumatici tradizionali non sono costituiti da parti mobili.

“Uno dei motivi principali per cui abbiamo scelto 3D Systems rispetto alla concorrenza è la vasta gamma dei materiali disponibili”, ha affermato Rosa Youn, responsabile dello studio di innovazione del design di Hankook Tires. “Soddisfa tutti i nostri requisiti in termini di materiali. Inoltre, Figure 4 è veloce. Il risparmio di tempo, l’affidabilità, l’assistenza, l’efficiente risoluzione dei problemi, nonché la disponibilità del sistema e il prezzo ragionevole, sono stati fattori decisionali chiave per noi. Crediamo nel valore di Figure 4 di 3D Systems. A mio avviso, è uno dei migliori sistemi di produzione additiva al mondo”.
 

Lo studio di progettazione di Hankook ha già ampliato l’uso della piattaforma Figure 4, utilizzandola per sviluppare battistrada e profili di pneumatici tradizionali per le prove. Ciò consente iterazioni più rapide di tutti i nuovi design dei prodotti, non solo di quelli rivoluzionari, ma anche di quelli evolutivi.