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PINARELLO. BOLIDE F HR 3D, LA PRIMA E PIÙ VELOCE BICI AD ALTE PRESTAZIONI STAMPATA IN 3D MAI COSTRUITA
dalla Redazione | 03/10/2022 | 14:00

«Vogliamo sempre spingere il livello del design del prodotto a nuovi livelli per permettere ai nostri campioni di raggiungere i loro obiettivi. Innovazione costante e ricerca sono le basi del successo se vuoi assemblare la più veloce bicicletta da crono per la pista. Dal Record dell’ora di Miguel Indurain, alle recenti medaglie d’oro nell’Inseguimento a squadre di Tokyo,Pinarello è sempre stata il punto di riferimento in questo settore». Nelle parole di Fausto Pinarello, Presidente del Consiglio di Amministrazione di Pinarello, c’è tutta la filosofia che ha portato alla nascita di questa bicicletta.

«Lavorare a stretto contatto con Filippo Ganna e la sua squadra, la INEOS Grenadiers, per sviluppare questo prodotto rivoluzionario fa parte del DNA della nostra azienda. E il risultato di questo intenso lavoro di ricerca, lo spirito d’innovazione che ha generato e la tecnologia che ha prodotto si è poi diffusa in ogni prodotto di Pinarello».

Qualunque ciclista vuole sempre pedalare sulla migliore bicicletta possibile, specialmente quando si tratta di performance aerodinamica e trasmissione di potenza. Ma per questo progetto, unico nel suo genere, le esigenze sono molto più alte del solito. La Bolide F HR 3D doveva necessariamente calzare a pennello: è stata progettata su misura del corridore per essere conforme all’irripetibile anatomia di Filippo e massimizzarne sia il comfort che la complessiva performance aerodinamica. La comodità è spesso sottovalutata, ma quando si tratta di un tentativo di Record dell'ora UCI timed by Tissot è essenziale perché permette all’atleta di andare più veloce per più tempo.

Molto spesso sottovalutata è anche l’importanza della rigidità per biciclette da pista: ogni minima flessione dovuta alla potenza della pedalata provoca uno sfregamento delle ruote, che fa perdere all’atleta centimetri cruciali ogni volta che spinge sui pedali. Tenendo tutto questo bene in mente, questo progetto aveva bisogno di mettere insieme forza, rigidità e vantaggi aerodinamici con un metodo di produzione che potesse permettere un controllo delle geometrie preciso al millimetro e il pieno utilizzo di tutto ciò che gli ingegneri di Pinarello hanno appreso in mesi di laboriosa ricerca. Oggi, Pinarello è orgogliosa di presentare una prima mondiale: un telaio stampato in 3D, progettato per un Campione del mondo e per il suo tentativo di Record dell'ora UCI timed by Tissot. Sarà disponibile per Filippo Ganna e per il mercato globale. La stampa in 3D ha permesso di introdurre nuove forme e caratteristiche che sarebbero state impossibili da replicare con le altre esistenti tecniche di lavorazione della fibra di carbonio. Con questo nuovo metodo, abbiamo creato una forma aerodinamica unica e raggiunto un incredibile livello di rigidità.

Inoltre, è stato reso possibile aggiungere dei rinforzi interni, creare una forma totalmente nuova del tubo di sterzo e, forse la cosa più importante, ridurre drasticamente il tempo di sviluppo perché non siamo più stati frenati dai tradizionali vincoli temporali della produzione di stampi per telai in fibra di carbonio. 

«Questo progetto è talmente unico che crediamo possa essere l’inizio di una nuova era produttiva. Il prossimo passo sarà quello di rendere la bicicletta meno costosa e trovare modi per analizzare gli atleti con attrezzature a basso costo, in modo da disegnare attorno a ciascuno una bici su misura. Da un Campione del mondo, a ogni corridore del World Tour, e perché no a ogni ciclista nel mondo» ha commentato Federico Sbrissa, Chief Marketing Officer di Pinarello.

AERODINAMICA – UNA SOMMA DI MARGINAL GAINS

1. Tecnologia AirStream

Le gambe del ciclista si muovono su e giù tutto il tempo, seguendo una traiettoria piuttosto complessa ma molto ripetitiva. L’aria scorre attorno a tubo verticale e reggisella in modo mai lineare: è continuamente spostata dalle gambe del corridore, che ne deviano il flusso. Questo flusso d'aria alternato rende molto difficile che l’aria rimanga «attaccata» al tubo verticale. Di conseguenza, il flusso d’aria si allontana costantemente dal tubo verticale, creando un’ampia zona di bassa pressione. Quest’ultima genera a sua volta grandi quantità di resistenza aerodinamica ed è il motivo per cui la resistenza all’aria generata da tubo verticale e reggisella contano per quasi il 40% della resistenza totale del telaio e della forcella.

L’Università di Adelaide ha studiato il modo in cui le megattere riescono a compiere manovre molto strette negli oceani. La natura offre grandi esempi di evoluzione naturale, che si susseguono da milioni di anni.

Le megattere sono note per la loro capacità di eseguire curve molto strette mentre nuotano e per i loro salti spettacolari fuori dall’acqua. I ricercatori hanno scoperto che i tubercoli (le sporgenze nella parte anteriore delle pinne) contribuiscono in modo significativo a questa abilità. Infatti, gli studiosi dell’Università di Adelaide lavorano tenendo a mente queste particolari forme delle pinne dal 2006: prima ne hanno trovato un’applicazione per le ali e le ventole di aerei, poi sui telai delle biciclette, depositando nel 2016 una domanda di brevetto internazionale per un telaio di bicicletta. Hanno osservato anche come il flusso d’aria attorno al tubo verticale si alterni secondo un ampio angolo, con conseguente separazione del flusso e aumento della resistenza aerodinamica. Sono riusciti quindi a scoprire che piccole creste possono minimizzare questo effetto di separazione e ridurre la resistenza aerodinamica, generando vortici di corrente nelle depressioni tra le protuberanze, facendo sì che il flusso dietro i «beccucci» rimanga il più aderente possibile. Grazie a questa ricerca, hanno ottenuto importanti riduzioni della resistenza aerodinamica sul loro prototipo di telaio.

Purtroppo, mettere una piccola cresta frastagliata sulla parte anteriore del tubo verticale non è abbastanza per rendere alcun ciclista più veloce. Così, per rendere la nostra bicicletta HR più veloce, Pinarello e il suo partner in ricerca e sviluppo aerodinamico NablaFlow hanno eseguito molte simulazioni, trovando alcuni progetti efficaci e altri meno.

Dopo approfonditi test di fluidodinamica computazionale (o CFD, dall’inglese Computational Fluid Dynamics) e in galleria del vento, con ciclisti in carne e ossa, è nata la nostra nuova tecnologia AirStream, che incorpora un esclusivo sistema di "AeroNodes" sul telaio che sfrutta appieno la ricerca pionieristica dell'Università di Adelaide.

2. Design del telaio

La cosiddetta «regola 3:1». Il nuovo telaio è stato progettato per ridurre al massimo l’area frontale, anche grazie alla rimozione della «regola 3:1» da parte della UCI. I mozzi delle ruote e il movimento centrale sono stati resi più stretti del normale. Il movimento centrale è stato ridotto a 54 mm (da 70 mm), i mozzi delle ruote da 120 mm a 89 mm al posteriore e da 100 mm a 69 mm all'anteriore.

Sezioni AirFoil. Il successivo, ovvio miglioramento è stato quello di sfruttare l’eliminazione del «regola 3:1». Questo permette di utilizzare sezioni di profili aerodinamici più lunghi e più sottili. È risaputo che le sezioni dei profili aerodinamici con un rapporto di tipo di 6:1 o addirittura 8:1 hanno prestazioni nettamente superiori rispetto al vecchio rapporto di 3:1.

Forcella e foderi. Di recente abbiamo visto alcune biciclette con forcelle e foderi molto larghi. Funzionano? I risultati delle prove che siamo riusciti a raccogliere finora non sono chiari. Un sistema del genere dev’essere progettato per ridurre la resistenza aerodinamica complessiva della bicicletta e del ciclista. In generale, in un progetto di questo tipo, la bicicletta creerà una maggiore resistenza aerodinamica ma, se sufficientemente perfezionata, dovrebbe ridurre la resistenza aerodinamica del ciclista, generando un vantaggio rispetto alla penalizzazione aerodinamica della bicicletta. Nel nostro caso, i risultati erano troppo instabili e i guadagni potenziali non erano abbastanza consistenti per adottare un progetto di questo tipo.

Così, abbiamo optato per il metodo classico e collaudato: forcella e foderi stretti, entrambi vicini alle ruote a disco. Questo metodo crea anche una soluzione di peso ridotto e non presenta incognite in termini di produzione.

STAMPA 3D: UN NUOVO E RIVOLUZIONARIO PROCESSO DI PRODUZIONE

La stampa 3D in metallo è stata sperimentata per la prima volta nel ciclismo a livello mondiale da Pinarello nel 2015, quando il manubrio della bici da Record dell'ora UCI timed by Tissot è stato impugnato da Bradley Wiggins per una distanza record. La stampa 3D è nota per la sua capacità di creare forme difficili con facilità e di permettere di produrre ogni unità su misura per un singolo atleta.

Per trovare le competenze, le conoscenze e le attrezzature adeguate, abbiamo collaborato con Metron A.E. nel Regno Unito. Il telaio e la forcella della bici HR sono stati pensati per sfruttare una nuova lega chiamata Scalmalloy, una lega di scandio, alluminio e magnesio ad alta resistenza, un materiale aerospaziale specificamente progettato per la stampa 3D. La scelta del materiale e della macchina è fondamentale.

Metron ha utilizzato una macchina EOS M400 di grande formato per stampare in 3D le parti in Scalmalloy. In effetti, il telaio era composto da soli cinque pezzi, con il triangolo anteriore realizzato in tre pezzi e i foderi della sella e i foderi della catena in altri due pezzi. Questi pezzi sono stati realizzati singolarmente e, dopo una pulizia meticolosa e la rimozione dei supporti, sono stati incollati insieme utilizzando una resina epossidica di livello aerospaziale. Inoltre, il titanio è stato utilizzato sulla testa della forcella e sulle estensioni del manubrio, che sono le aree di maggiore sollecitazione.

Una bicicletta destinata a essere guidata da un Campione del mondo, oltre ad avere un’aerodinamica eccezionale, deve avere anche una resistenza straordinaria. Per questo motivo, una copia esatta del telaio che sarà utilizzato nel tentativo di Record dell'ora UCI timed by Tissot è stata inviata all’EFBE (un laboratorio per test meccanici) in Germania per una prova di resistenza indipendente. Il telaio, la forcella e il reggisella sono stati sottoposti a un estenuante regime di test che comprendeva l’intera gamma di prove di fatica, impatto e torsione come specificato dalla norma ISO4210.

Il risultato: la nuova Bolide F HR 3D è la prima bicicletta aerodinamica completamente pedalabile e conforme alle norme UCI che supera la ISO4210 e che sarà guidata da un Campione del mondo in un tentativo di Record dell'ora UCI timed by Tissot.

BICICLETTA E CICLISTA COME UN UNICO ELEMENTO

La comprensione dell’aerodinamica si è evoluta molto negli ultimi anni. Oggi si è capito che dobbiamo ridurre la resistenza aerodinamica totale del ciclista e della bicicletta insieme, piuttosto che concentrarci solo sulla bicicletta, perché, in fondo, su di essa vi è sempre un ciclista. Come detto, alcune soluzioni comportano un potenziale aumento della resistenza aerodinamica di alcune parti della bicicletta, ma con l’obiettivo di ridurre la resistenza complessiva. Il nuovo manubrio è stato progettato proprio per raggiungere questo obiettivo.

Dopo diversi cicli di ottimizzazione CFD, è stata creata una geometria del manubrio che riduce la resistenza aerodinamica del corridore più di quanto la forma non convenzionale non lo penalizzi. Nel complesso, la resistenza aerodinamica è ridotta. Anche in questa circostanza, è stata necessaria la stampa 3D per produrre una forma straordinaria. Nel caso del manubrio, è stato utilizzato il collaudato titanio (Ti6Al4V) su una macchina ARCAM EBM.

Per assicurarsi che la forma straordinaria delle prolunghe non creasse problemi strutturali, Metron ha deciso di sottoporle a un regime di test avanzati affinché possano essere guidate in sicurezza durante un tentativo di Record dell'ora UCI timed by Tissot da parte di un atleta potente come Filippo Ganna.

CFD, TEST IN GALLERIA DEL VENTO E TEST NEL MONDO REALE

Negli ultimi 15 anni circa, i progettisti di biciclette di alta gamma hanno fatto un uso significativo dei moderni metodi di ricerca aerodinamica utilizzati in precedenza nell’ingegneria aerospaziale e in Formula Uno, soprattutto la CFD.

Il miglioramento di questa tecnologia negli ultimi anni ha permesso alla CFD di passare da strumento di ricerca a strumento di progettazione. Cloud computing e web-based solutions consentono oggi una potenza di calcolo infinita.

Le simulazioni sono state eseguite su AeroCloud, fornito dall’azienda norvegese NablaFlow. AeroCloud funziona completamente su AWS (la soluzione cloud preferita da molti team di F1 e dalla FIA per le loro simulazioni CFD) e ci ha permesso di eseguire più configurazioni contemporaneamente, fornendo dati aerodinamici dettagliati da utilizzare nella fase di progettazione e validazione.

La configurazione semplificata implementata ha permesso di caricare i modelli senza problemi e di far confluire i risultati direttamente nel processo di progettazione, consentendoci di ricercare i cosiddetti marginal gains. Alcuni potrebbero dire che questo approccio non è così preciso come potrebbe essere. Qualunque ricercatore, del resto, si confronta con la questione dell’accuratezza rispetto al numero di iterazioni. L’esperienza dimostra che è possibile ottenere un risultato complessivo migliore effettuando molte simulazioni attentamente ponderate e ragionevolmente accurate piuttosto che poche simulazioni super-accurate. Il motivo principale è che, eseguendo molte iterazioni diverse e analizzando i risultati, si aiutano gli ingegneri a elaborare idee, a provarle e a continuare a iterare.

Per individuare le piccole modifiche, la bicicletta e il corridore vengono suddivisi in singole parti e il loro contributo alla resistenza aerodinamica complessiva viene registrato. In realtà, l’ingrediente segreto» è il modo in cui si sommano queste parti, in cui si stabilisce la priorità e in cui si decide quali debbano essere i passi successivi.

Pinarello e Metron hanno sviluppato e perfezionato il metodo nel corso di dieci anni di collaborazione, quindi i miglioramenti continuano ad arrivare; non siamo ancora vicini al «picco aerodinamico».

Dopo le simulazioni, solo i test nel mondo reale possono dimostrare se il lavoro di progettazione è riuscito. La Bolide F HR 3D si è già dimostrata la bicicletta più veloce per Dan Bigham nel suo personale Record dell’ora di 55,548 km ottenuto il 19 agosto di quest’anno.

Dan, che è ingegnere delle prestazioni per INEOS Grenadiers, stava testando un prototipo senza marchio della nuova Bolide F HR 3D che aveva contribuito a sviluppare. Dan ha lavorato anche allo sviluppo di altri componenti chiave che saranno utilizzati sulla bicicletta, come la guarnitura.

La nuova Bolide F HR 3D è ordinabile presso un rivenditore ufficiale Pinarello a partire da oggi e, a causa della tecnica di produzione della stampa 3D, sarà costruita solo su richiesta.

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