La scansione 3D dietro il team dei record mondiali: la nuova handbike di Policumbent

Policumbent è un Team Studentesco del Politecnico di Torino nato con l’obiettivo di sviluppare veicoli a propulsione umana tra i più veloci al mondo. Il team unisce competenze di progettazione meccanica, aerodinamica, produzione e test sul campo, portando la ricerca universitaria in un contesto applicativo estremamente sfidante. 

Tra i risultati più prestigiosi spiccano il record mondiale di velocità, con 83,28 km/h, e il record dell’ora, con 34,90 km percorsi in 60 minuti, ottenuti con il prototipo handtrike Cerberus, spinto esclusivamente dalla forza delle braccia di Diego Colombari, oro paralimpico a Tokyo 2020. Nella categoria a propulsione a gambe, il Team ha superato i 136 km/h e i 123 km/h, rispettivamente nelle categorie maschile e femminile. A questi traguardi si è aggiunto il recente record mondiale sui 10.000 metri.

Un patrimonio di esperienza che Policumbent sta portando oggi nello sviluppo della nuova handbike. E ancora una volta uno dei nodi progettuali che, alle alte prestazioni, può fare la differenza, è il rapporto tra il corpo dell’atleta e la geometria del veicolo.

È qui che entra in gioco la collaborazione con 3DZ. L’obiettivo non era semplicemente effettuare una scansione 3D, ma portare nel CAD una rappresentazione digitale fedele del corpo di Diego Colombari nelle diverse configurazioni utili alla progettazione.

La scansione è stata eseguita utilizzando Artec Leo, scanner 3D portatile wireless progettato per acquisire dati tridimensionali in modo rapido e senza cavi. La possibilità di muoversi liberamente attorno al soggetto ha reso lo scanner adatto a un’applicazione in cui era necessario rilevare la geometria del corpo in una configurazione coerente con la posizione di guida. 

In meno di un minuto è stata acquisita una scansione dell’atleta in una determinata posizione di seduta, abbinata a una specifica posizione delle braccia. Ripetendo il processo su 4 posizioni di seduta e 8 posizioni delle braccia, il team ha ottenuto 32 scansioni complete in meno di un’ora.

Rispetto al metodo tradizionale, che richiedeva giornate di lavoro e un processo più lungo per trasferire i dati dal modello reale all’ambiente digitale, la scansione 3D ha permesso di ridurre sensibilmente i tempi di acquisizione, e di lavorare su una base geometrica più precisa.

Con la scansione si è ottenuto un modello 3D dell’atleta utilizzabile come riferimento diretto nel software CAD. In questo modo, Policumbent non ha lavorato su un “atleta tipo”, ma sulle forme reali di Diego Colombari. 

Il modello digitale ottenuto dalla scansione ha permesso al team di: 

• progettare la carena attorno alla geometria effettiva dell’atleta; 

• verificare gli spazi disponibili tra corpo e scocca; 

• considerare gli ingombri dinamici di casco, gomiti e calzature; 

• ridurre il rischio di interferenze durante la spinta; 

• ottimizzare i volumi interni senza aumentare inutilmente l’area frontale. 

In altre parole, la scansione 3D ha trasformato la progettazione della hand bike in un processo più “sartoriale”: non più adattato a posteriori sull’atleta, ma costruito fin dall’inizio attorno alle sue caratteristiche reali. 

In questo caso, il valore della scansione 3D non riguarda solo l’accuratezza del dato, ma anche la praticità operativa. Scansionare una persona in posizione di guida pone esigenze diverse rispetto alla digitalizzazione di un componente fermo su un banco. L’operatore deve potersi muovere attorno al soggetto, completare l’acquisizione rapidamente e verificare mentre lavora che le aree necessarie siano state rilevate.

Artec Leo integra display touch, batteria interna, connettività wireless e processing on-board. Questo consente di visualizzare l’anteprima della scansione in tempo reale e verificare subito eventuali aree mancanti durante l’acquisizione. 

Per un’applicazione come quella di Policumbent, questi aspetti sono particolarmente rilevanti perché permettono di acquisire geometrie complesse, come il corpo umano in posizione di utilizzo, mantenendo libertà di movimento durante la scansione. Le caratteristiche tecniche dello scanner, tra cui ricostruzione 3D fino a 60 FPS, risoluzione 3D fino a 0,2 mm e accuratezza del punto 3D fino a 0,1 mm, lo rendono adatto alla digitalizzazione di soggetti e oggetti di medie e grandi dimensioni in tempi rapidi. Inoltre, grazie alle tecnologie brevettate di Artec 3D, è possibile scansionare senza alcuna preparazione dell’ambiente e senza l’utilizzo di marcatori da apporre sull’oggetto o persona da scansionare. Per queste caratteristiche, Artec Leo è particolarmente adatto ad applicazioni in cui è necessario acquisire geometrie complesse del corpo umano, posture operative e riferimenti dimensionali utili alla progettazione ergonomica.

Per Policumbent, l’utilizzo della scansione ha significato poter acquisire un riferimento tridimensionale dell’atleta e utilizzarlo come base concreta per ottimizzare il progetto.

La collaborazione tra 3DZ e Policumbent ha supportato il progetto prima nell’acquisizione rapida e precisa della geometria reale degli atleti e successivamente nella realizzazione di alcuni componenti destinati al prototipo.

Con il supporto di Niccolò Rovano, Application Engineer 3DZ, e dello scanner portatile Artec Leo, Policumbent ha potuto integrare nel proprio workflow CAD modelli 3D accurati, utili per progettare attorno alle forme reali di Diego Colombari e valutare con maggiore controllo ergonomia, ingombri e aerodinamica.

Il contributo di 3DZ ha riguardato anche la produzione di componenti in additive manufacturing utilizzati, tra cui la biella del cambio. E’ stata realizzata in Nylon 12 ad alte prestazioni con sistemi di produzione SLS, per avere la massima rigidità e non avere vincoli geometrici. Sono in progetto altri componenti da stampare per rendere ancora più performante il mezzo e aspirare ad altri record del mondo. Scansione 3D e stampa 3D hanno così supportato due fasi complementari del progetto: l’acquisizione del dato reale e la realizzazione di componenti funzionali personalizzati.

Per Policumbent, il valore della collaborazione con 3DZ è stato soprattutto applicativo: poter contare su tecnologie e competenze specialistiche in una fase critica dello sviluppo ha aiutato il team a trasformare un’esigenza progettuale complessa in una soluzione concreta, costruita attorno all’atleta.