Progettazione e produzione additiva di una ruota per roller coaster: sviluppo geometrico, analisi termo-strutturale, ottimizzazione per additive manufacturing e processo di stampa

Lo studio riguarda la progettazione e l’analisi di una ruota portante (“Running Wheel”), parte del sistema di rotolamento e componente fondamentale per il corretto funzionamento in sicurezza di un roller coaster. Le ruote delle attrazioni dei parchi divertimento operano in condizioni gravose, essendo sottoposte a carichi elevati, variabili nel tempo ed a velocità di rotazione elevate. Le configurazioni convenzionali attualmente adottate sono costituite da un corpo centrale metallico, denominato mozzo, e da un battistrada in materiale polimerico, selezionato in funzione delle specifiche caratteristiche di attrito, smorzamento e resistenza all’usura richieste dall’attrazione. Una delle principali criticità delle configurazioni attuali è rappresentata dalla sostituzione del battistrada polimerico, necessaria periodicamente per garantire il mantenimento delle prestazioni e delle condizioni di sicurezza dell’attrazione. Tale operazione comporta generalmente la sostituzione dell’intera ruota. Il riutilizzo del mozzo metallico è possibile solo qualora esso non abbia subito danneggiamenti durante il funzionamento o durante le operazioni di rimozione del battistrada. A partire da questa problematica, il presente studio propone tre differenti configurazioni progettuali basate su un mozzo scomponibile, composto da più parti collegate mediante una giunzione bullonata. Questa soluzione è finalizzata a rendere più semplice ed efficiente la sostituzione del battistrada, favorendo il riutilizzo dei componenti metallici quando ne sia verificata l’idoneità. La scelta di sviluppare tre alternative è motivata dalla possibilità di confrontarne le prestazioni e di individuare la configurazione più adatta alla tipologia di attrazione considerata. È stata, inoltre, valutata l’applicazione di tecnologie di Additive Manufacturing, con l’obiettivo di sfruttarne la maggior libertà geometrica e la possibilità di ottimizzare la distribuzione del materiale in funzione dei requisiti strutturali. In parallelo all’attività di progettazione e simulazione numerica, è stato studiato un materiale polimerico alternativo, il TPU 95 A, per la realizzazione del battistrada. Il materiale è stato caratterizzato sperimentalmente attraverso prove condotte a temperatura ambiente presso il “Laboratorio di Costruzione di Machine” dell’Università di Padova.