Come le auto del futuro potrebbero essere progettate e realizzate come gli smartphone

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Kevin Czinger ritiene che le automobili possano essere progettate e realizzate come smartphone, con i marchi che sviluppano prodotti imperdibili con l’aiuto di supercomputer dotati di intelligenza artificiale e di apprendimento automatico, con la costruzione affidata a una costellazione deglobalizzata di produttori a contratto. La produzione additiva, o stampa 3D, è la chiave della sua visione ed è la missione della sua azienda, Divergent 3D.

Quando ho trattato per la prima volta l'idea di Czinger nel 2017, l'architettura del suo veicolo prevedeva nodi di alluminio stampati in 3D che collegavano tubi in fibra di carbonio di base tagliati su misura. Oggi i tubi in carbonio sono scomparsi e i nodi si sono evoluti in strutture molto più intelligenti come i sottotelai (per l'Aston Martin DBR22), componenti delle sospensioni, una scatola della trasmissione (di Xtrac) e forse presto un blocco motore.

L'ipercar Czinger 21C su cui abbiamo viaggiato è un'affascinante prova di concetto per una visione più ampia in cui una produzione a basso investimento e a basse emissioni di carbonio consente trasporti accessibili. Tra gli sviluppi più impressionanti realizzati dal 2017 ci sono gli algoritmi di progettazione assistita da computer sviluppati dall'azienda di Czinger, che sfruttano l'ottimizzazione strutturale evolutiva bidirezionale (BESO). Questo processo di progettazione iterativo determina non solo la forma del componente che sarà prodotto dalla "stampante" per la sinterizzazione del metallo in polvere a 12 laser, ma anche la lega ideale di cui è composto.

Gli ingegneri iniziano definendo la forma geometrica di base di una parte o struttura, le sue posizioni di montaggio, i carichi che dovrebbe sopportare in condizioni normali, la deformazione che deve consentire in caso di incidente, i requisiti di fatica, i problemi di riparabilità, le condizioni operative ambientali (ad esempio, sarà esposti a elementi corrosivi o temperature estreme?), e infine obiettivi di peso e costo. Una volta programmate tutte queste condizioni, gli algoritmi di Czinger selezionano una lega metallica ideale per la parte, scegliendo tra 28 elementi convenienti e generalmente accessibili. Definisce inoltre la forma ideale, posizionando il materiale solo dove necessario per la struttura, il flusso del fluido o altri motivi. Infine, programma la strategia di strato di stampa 3D più efficiente dal punto di vista energetico per la parte.

Se necessario, il computer può suddividere una struttura o una parte in pezzi più piccoli che si adattano alla stampante 3D, consigliando l’approccio migliore per unire i singoli pezzi: mediante incollaggio o (per le parti riparabili) fissaggio meccanico. Le parti incollate ricevono le linguette, le fessure o le finestre necessarie per applicare e/o polimerizzare i vari adesivi. Uno di questi polimerizza in forno in 60 minuti e un altro brevettato da Czinger polimerizza in 2,0 secondi utilizzando la luce ultravioletta. Quest'ultimo viene utilizzato per "puntare" le parti destinate al forno. L'obiettivo è che ogni parte emerga da questi processi di formatura e incollaggio senza richiedere ulteriori trattamenti termici o contromisure contro la corrosione e solo lavorazioni e post-lavorazioni minime prima dell'assemblaggio finale.

Il risultato è un pezzo leggero e resistente che riduce il numero totale delle parti ed elimina i processi di sottoassemblaggio, come una gigacasting di Tesla, ma senza i costi di attrezzaggio giga necessari per l'acquisto di un gigantesco impianto di fusione e la formazione di stampi complessi per più parti. Per produrre ciascun pezzo è necessaria una quantità di energia notevolmente inferiore e le modifiche alla progettazione del prodotto sono semplici come inserire un nuovo codice nella stampante. C'è anche un disincentivo minimo al passaggio dalla produzione di un pezzo a quella di un altro nella stessa macchina.

La catena di montaggio proposta da Czinger occupa un'impronta esagonale di circa 75 piedi di diametro e può assemblare 10.000 telai mobili o 100.000 sottotelai all'anno. Questa linea richiede da due a tre settimane per essere installata e messa in servizio, più o meno come le macchine da stampa 3D, rendendo questa operazione di produzione di piccole dimensioni molto rapida da scalare ed estremamente adattabile.

Con un’operazione di questo tipo, il punto di pareggio per un dato prodotto praticamente scompare e le conseguenze di una progettazione fallita del prodotto sono quasi eliminate perché con un minimo di strumenti tradizionali, il macchinario può essere programmato rapidamente per produrre parti per un’altra automobile o un altro settore. L'immagazzinamento di parti di ricambio ingombranti diventa superfluo, poiché le sostituzioni possono essere stampate su richiesta.