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Contribuire alla foratura di tunnel sotterranei

By Giugno 12, 2023Marzo 28th, 2024Case study, Formlabs

Come TUM Boring ha realizzato in 3D parti resistenti per la sua Tunnel Boring Machine

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TUM Boring è un’organizzazione studentesca della Technische Universität Munchen costituita da più di 60 studenti di oltre 16 Paesi.

L’organizzazione si è riunita nel 2020 per partecipare alla Not-a-Boring Competition 2021 della The Boring Company (TBC) di Elon Musk.

Il team guidato dagli studenti si dedica al futuro della mobilità e mira a costruire una delle micro tunnel boring machine (TBM) più veloci al mondo per promuovere l’innovazione nel settore del tunneling.

Una volta vinto il concorso nel 2021, il team di TUM Boring ha messo le mani su una stampante stereolitografica (SLA) Formlabs Form 3+ e su componenti realizzati tramite sinterizzazione laser selettiva (SLS) di Formlabs Fuse 1+ 30W.

Dalla prototipazione alla creazione di componenti end-use, la Form 3+ ha trasformato le operazioni quotidiane di TUM Boring e ha aiutato il team a vincere la seconda edizione della Not-a-Boring Competition nell’aprile 2023.

Velocizzare le iterazioni di design con la stampa SLA

L’introduzione della Form 3+ all’interno dell’azienda ha consentito al team TUM Boring di migliorare notevolmente la fase di iterazione.

Con la Grey Resin, il team riesce a realizzare modellini concettuali in scala miniaturizzata, con cui visualizzare come collegare i diversi tubi all’interno della TBM.

Ciò ha consentito di visualizzare da vicino la meccanica senza dover lavorare immediatamente sulla macchina a grandezza naturale.

“Possiamo modellare e realizzare un prototipo in un solo giorno e sulla base di esso organizzare diverse iterazioni.”

Tom Luca ReinhardtMembro del consiglio direttivo di TUM Boring e co-responsabile del team di ingegneria meccanica

Gli studenti sono stati anche in grado di eseguire differenti test funzionali su un componente del disco da taglio in 3D.

La stampa di miniature con strutture leggermente diverse in Flexible 80A Resin ha consentito al team di visualizzare il prodotto molto meglio che con un programma di modellazione assistita dal computer.

“Sì, abbiamo il programma CAD, ma è sempre molto meglio avere il prodotto fisico tra le mani e osservarlo da diversi punti di vista.”

Tom Luca ReinhardtMembro del consiglio direttivo di TUM Boring e co-responsabile del team di ingegneria meccanica

Realizzare parti end-use con la tecnologia SLA: conveniente ed efficiente

TUM Boring ha utilizzato la tecnologia SLA anche per stampare parti destinate all’uso finale.

Sull’involucro esterno della TBM ci sono diversi fori per le viti che devono essere facilmente accessibili in caso di smontaggio della testa della fresa, ma anche protetti da agenti esterni.

La stampa 3D rende conveniente la realizzazione di parti customizzate in volumi ridotti, facilmente rimovibili e in grado di proteggere la macchina dai detriti.

Il team ha deciso di utilizzare la Grey Resin, che non richiede ulteriori elaborazioni ed è caratterizzata da una finitura di qualità.

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Il flusso di lavoro a basso volume, la versatilità dei materiali e la finitura di qualità della stampa 3D SLA consentono anche altri tipi di applicazioni finali.

La TBM ha un gran numero di sensori ed è fondamentale che non si disallineino durante il funzionamento. Ciò significa che ogni sensore necessita di un supporto sufficientemente robusto da resistere alla pressione e non rompersi in caso di impatto.

L’esternalizzazione dei supporti, inizialmente realizzati in acciaio inossidabile, richiedeva diversi giorni, se non settimane, e i costi erano molto elevati.

Grazie a Form 3+ e alla Tough 2000 Resin, ora il team può inviare il file alla stampante e creare i supporti in circa quattro ore e mezza.

Testare strumenti di taglio stampati in SLS

Oltre alle parti SLA, TUM Boring ha anche testato diverse strutture di mole da taglio con utensili da taglio stampati in SLS.

La Fuse 1+ 30W ha consentito al team di produrre diverse iterazioni prima di stabilire la geometria ottimale.

Il modello selezionato includeva utensili da taglio con bordi più affilati e utensili con bordi piatti.

La geometria finale è stata poi inviata a un fornitore terzo e prodotta in acciaio inossidabile.

Tra le varie polveri SLS di Formlabs, il Nylon 11 CF Powder si è rivelato il materiale migliore, poiché la durata, la rigidità e la resistenza agli urti erano requisiti fondamentali.

Durante i test, il team ha osservato meno lievi segni di usura sugli utensili da taglio stampati in fibra di carbonio di quanto si aspettasse.

Inoltre, TUM Boring ha notato che i modelli in fibra di carbonio e le parti in acciaio inossidabile end-use presentavano più o meno gli stessi segni di usura e danneggiamento, dimostrando la resistenza e la durata della polvere di Nylon 11 CF.

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Nel settore dello scavo di tunnel, l’argilla che viene scavata può indurirsi e bloccare la ruota della trivella.

Inoltre, se gli utensili da taglio sono soggetti a corrosione, la qualità e l’accuratezza della macchina ne risentono.

In un contesto così difficile, la resistenza alla corrosione e le caratteristiche antiadesive del Nylon 11 CF Powder sono state di grande aiuto.

Trovi l’articolo originale sul blog di Formlabs.

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