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Tech insight: il casco Bell

Maranello 24 June 2020

I piloti ufficiali di Ferrari Competizioni GT scendono in pista equipaggiati con i caschi Bell, la cui filosofia progettuale privilegia la funzionalità e l’efficienza focalizzandosi su elementi e caratteristiche essenziali per migliorare le prestazioni e assicurare una maggiore protezione del pilota. La progettazione di un casco è passata nel corso del tempo dalla modellazione e prototipazione manuale al mondo virtuale: modelli come l’HP77 vengono sviluppati utilizzando la modellazione 3D avanzata, la progettazione assistita da computer (CAD) e la prototipazione rapida. Ciò consente a Bell di concettualizzare e perfezionare il progetto, verificare le dimensioni fisiche e l’integrazione dei componenti, condurre analisi dinamiche e di resistenza, prevedere le reazioni all’impatto, realizzare un rendering preciso e definire il processo di produzione prima ancora di sviluppare prototipi o produrre gli stampi. Una volta completato il design, si usano file CAD per produrre lo stampo in alluminio della calotta, quello per il rivestimento interno in EPS e quelli per lo stampaggio a iniezione degli accessori progettati per il casco. Per la maggior parte dei modelli Bell sono disponibili tre combinazioni distinte di calotta/rivestimento interno per ciascun modello in modo da ottimizzare la calzata del casco in base alle dimensioni e alla circonferenza della testa. Ogni misura di calotta si adatta a tre taglie di cappello garantendo così un’ampia gamma di opzioni per soddisfare le esigenze dei piloti in tutta sicurezza e all’insegna del comfort.

Come viene testato un casco. L’ampia e continua attività di ricerca e sperimentazione di Bell assicura che caschi come l’HP77 siano sviluppati con la migliore combinazione possibile di materiali e tecniche produttive per ottimizzare la gestione dell’energia causata dall’urto e la protezione del pilota, garantendo al contempo il rispetto degli standard più rigorosi nel motorsport. Il collaudo è un processo distruttivo, pertanto solo un limitato numero di caschi viene sottoposto al test di impatto dopo l’assemblaggio finale. Per verificare che i caschi rispettino le specifiche, Bell esegue controlli a campione su ciascun lotto di produzione, oltre ad effettuare test sui materiali necessari prima di immetterli nel ciclo produttivo. I test sono effettuati in conformità con gli standard del settore, tra cui FIA e Snell, e vengono condotti su una torre di caduta bifilare con impatti a varie altezze di caduta. Il casco viene posizionato su una speciale forma di testa che riproduce la dimensione e il peso di un cranio umano. All’interno si trova un accelerometro che misura le G massime e la durata degli impatti. L’accelerometro misura la quantità di forza non assorbita dal casco. L’obiettivo è quello di ridurre il più possibile la quantità di G e di estendere la durata dell’impatto per ridurre l’energia e la forza trasmessa alla testa. L’HP77 è omologato FIA8860-2018 ABP e l’esito positivo del test è determinato da due parametri: l’accelerazione massima misurata in “G” deve rientrare nello standard corrispondente alla posizione e al tipo di impatto e il casco non deve eccedere un HIC (Head Injury Criterion – Criterio di trauma cranico) indicante un livello di forza grave o potenzialmente letale. Inoltre, la zona sopra la visiera dell’HP77 viene sottoposta ad un ulteriore test frontale per verificare che il casco garantisca un alto livello di protezione balistica sopra la visiera. Tra i test previsti figurano prove di infiammabilità, roll off, deflessione della mentoniera, penetrazione della calotta e prove di conformità per convalidare l’uso con dispositivi di ritenzione per la testa e il collo. L’obiettivo è creare un casco protettivo che assorba quanta più energia possibile, limiti il volume complessivo e riduca al minimo l’energia trasmessa alla testa.

Com’è fatto un casco da competizione. Il primo componente del casco è la calotta esterna. La produzione dell’HP77, il casco Bell più avanzato al mondo, inizia con un kit pre-preg, una serie di materiali all’avanguardia in fibra di carbonio preimpregnati che vengono fustellati in modelli ottimizzati per la geometria della calotta e per consentire il rispetto dei requisiti di impatto, inclusi materiali balistici integrati nella calotta che rinforzano la parte anteriore del casco in corrispondenza della fronte per impedire la penetrazione. I materiali preimpregnati vengono applicati a uno stampo in due parti realizzato in base alla forma e alla dimensione del casco secondo una sequenza specifica per realizzare la struttura della calotta. Lo stampo viene inserito in un apposito macchinario che indurisce la calotta tramite una combinazione di calore, pressione e tempo. Bell Racing Helmets utilizza una macchina proprietaria Prepreg Compression Molding (PCM) che impiega una tecnologia derivata dall’industria aerospaziale con pressioni più elevate rispetto alle autoclavi tradizionali. Una volta all’interno della macchina, viene applicata una pressione omogenea e il materiale è sottoposto ad un ciclo di temperature che gli consentono di raggiungere il massimo grado di indurimento in circa 45 minuti. Questo processo, combinato con i più avanzati materiali in fibra di carbonio, permette a Bell di produrre una calotta esterna leggera, ma al contempo forte e resistente alla penetrazione. Quando la calotta è completamente indurita, il casco viene posizionato in un dispositivo per tracciare o tagliare l’eyeport, il bordo inferiore, i fori di ventilazione e i fori in cui fissare le parti metalliche della visiera. In seguito, tecnici altamente qualificati levigano a mano la calotta per prepararla alla verniciatura e alla finitura trasparente. Un ulteriore vantaggio del sistema di stampaggio a pressione PCM di Bell è che riduce la presenza di microporosità sulla superficie della calotta, produce una finitura più liscia che si traduce in un minor tempo di lavorazione e in meno peso aggiunto dai materiali di riempimento utilizzati per correggere le imperfezioni. L’HP77 standard è rivestito con una finitura trasparente opaca che consente un risparmio di peso fino a 40 grammi. Una volta applicato il rivestimento trasparente, è possibile montare gli elementi metallici della visiera e la calotta è pronta per la verniciatura personalizzata o per l’assemblaggio finale.

Rivestimento interno ad assorbimento di energia . Il secondo componente del casco è il rivestimento interno. Per produrlo, Bell utilizza una formulazione proprietaria di EPS (polistirene espanso) con rimbalzo naturale per impatti singoli e multipli, progettata per assorbire quanta più energia possibile limitando le sollecitazioni trasmesse al pilota. Le perle vengono pre-espanse alla corretta densità determinata attraverso dei test. I rivestimenti interni vengono stampati in loco presso lo stabilimento Bell Racing Helmets in Bahrein per consentire un migliore controllo della qualità, verificando che tutti i componenti rientrino nei pesi e nelle specifiche. L’HP77 utilizza un sistema di rivestimento modulare caratterizzato da un solido anello esterno con due sezioni di rivestimento interno che consente di integrare densità diverse in zone specifiche del rivestimento. In combinazione con la calotta esterna in carbonio, questo sistema migliora la capacità di gestione dell’energia del casco. Bell utilizza materiali EPS e EPP anche nella parte anteriore del casco, rivestendo la mentoniera con il materiale protettivo che assorbe energia. Una volta stampato e montato il rivestimento, è il momento di inserire l’imbottitura al suo interno e nelle sezioni frontali destra e sinistra.

L’interno e l’assemblaggio finale. L’interno del casco con l’imbottitura e i cinturini costituiscono il sistema di ritenzione e sono il terzo componente del casco. È realizzato con una combinazione di tessuto ignifugo, schiuma e materiale aramidico per i sottogola. I pezzi di tessuto sono tagliati in forme specifiche per coprire l’imbottitura, la protezione facciale, i guanciali e i sottogola. La schiuma per l’imbottitura e i guanciali sono tagliati in modelli e spessori specifici a seconda della versione e delle dimensioni del casco. Il tessuto dell’imbottitura e la schiuma sono cuciti insieme e incollati al rivestimento interno, mentre i pezzi di tessuto cuciti e la schiuma sono assemblati e incollati al facciale. Il materiale aramidico (Kevlar) per il sottogola è tagliato in lunghezze specifiche per il lato con la chiusura a doppia D e l’altro lato, l’estremità del cinturino è sigillata chimicamente e le parti metalliche che fissano la mentoniera alla calotta esterna insieme al lato con la doppia D sono fissate con una macchina per l’imbastitura ad alta resistenza. Bell utilizza una chiusura a doppia D appositamente progettata che blocca il cinturino in posizione una volta fissato e serrato, evitando che si attorcigli durante l’utilizzo del casco. Una volta assemblati, calotta interna, facciale e mentoniera sono pronti per essere montati sul casco. Prima del montaggio, i bordi della calotta esterna vengono rifiniti con uno stampaggio in gomma ignifuga applicato alla calotta con adesivo per completare la rifinitura dell’eyeport e del bordo inferiore del casco. Il rivestimento interno viene inserito nella parte inferiore della calotta esterna e ruotato in posizione. Dopo questo passaggio, i sottogola vengono fissati alla calotta esterna con un sistema di rivetti e infine viene installato il facciale. A questo punto vengono montati i vari accessori, tra cui la visiera antiappannamento e le prese d’aria, e il casco è pronto per il controllo di qualità finale. Se il controllo ha esito positivo, vengono applicate le etichette di omologazione e l’HP77 viene inserito in un’apposita custodia, confezionato ed è pronto all’uso. I caschi HP77 destinati all’uso in vengono ulteriormente personalizzati con un interno su misura sviluppato per la forma della testa del pilota. Prima del montaggio si applicano sulla calotta la vernice e la grafica personalizzate.

Scansione 3D della testa. Per i piloti ufficiali di Ferrari Competizioni GT viene effettuata una scansione 3D della testa del pilota per realizzare un interno personalizzato. Il processo inizia con una scansione del cranio per creare un modello 3D che corrisponda esattamente alla forma della testa del pilota. Gli ingegneri della Bell utilizzano la progettazione assistita (CAD) per far rientrare la scansione entro i parametri del rivestimento interno. Utilizzando questi dati, viene creato un interno personalizzato corrispondente alla forma della testa del pilota, per una calzata sicura e perfetta, senza punti di pressione e più confortevole.