Moderné 3D technológie pri výrobe monopostu formuly

Tím Formula Student TU Brno racing brnenského VUT je známy už niekoľko rokov. Študenti sa podieľajú na vývoji a výrobe monopostu pre túto kategóriu, aby si s ním zmerali svoje sily v prestížnej, medzinárodnej súťaži technických univerzít. Sme preto radi, že za tých niekoľko rokov sa skoro v každom monoposte vyskytuje diel z 3D tlačiarní od MCAE Systems. Sú to predovšetkým držiaky vstrekovania, držiaky potenciometrov, prototypové diely pre skúšku zmontovania dielov, alebo aj jadrá pre výrobu dutých kompozitov a veľa ďalších dielov. Naša spoločnosť zapožičala stolovú 3D tlačiareň MakerBot Z18 do dielne týchto študentov, kde si na nej sami testujú, čo spoločne dokážu vytvoriť. Na tejto tlačiarni je možné vytvárať prototypy s jemnými detailmi aj zložité modely (profesionálnej kvality). Zložitejšie diely “staviame” priamo v našej firme na profesionálnych 3D tlačiarňach, predovšetkým na 3D tlačiarni Fortus 450mc od firmy Stratasys, ktorá tlačí aj z materiálov, na ktoré sú kladené prísnejšie teplotné a mechanické požiadavky. Výrobné zariadenie Fortus 450mc dokáže splniť vysoké nároky na rýchlosť, výkon a presnú výrobu.

Okrem 3D tlačiarní využíva Formula Student aj sofistikovanejšie technológie, ako je CAD / CAM softvér TEBIS, alebo obrábací robot KUKA. Náš robot KUKA KR 60 HA obrobil formy, na základe naprogramovania práve pomocou softvéru TEBIS. V týchto formách sa následne vyrábali diely z uhlíkových vlákien ako kapota vozidla, sedadlo a iné.

Každý vývoj sa pokúša o zrýchlenie a posun hraníc a možností za pomoci nových technológií. Tak aj Formula Student dosiahla výrazný míľnik, a to pri vývoji a konečnej výrobe vlastného monokoku z uhlíkových vlákien, ktorý sa vo Formule 1 používa namiesto rúrkového rámu. Tento typ rámu so sebou prináša mnoho výhod, ako napríklad zvýšenie celej tuhosti a bezpečnosti vozidla pri súčasnom znížení hmotnosti, čo pozitívne ovplyvňuje dynamiku celého vozidla, a teda aj šance daného vozidla na dobré umiestnenie.

Torzná tuhosť je jedným z veľmi dôležitých parametrov vozidla. Čím vyššiu torznú tuhosť dosiahneme, tým máme lepšie jazdné vlastnosti. Hlavným cieľom je nájsť ideálny kompromis, pretože príliš vysoká tuhosť znamená predimenzovanosť konštrukcie, a tým aj vyššiu hmotnosť vozidla.

Návrh prebieha určením ideálnej hodnoty torznej tuhosti už pri návrhu kinematiky vozidla. Nasleduje FEM (metóda konečných prvkov) simulácia na geometriu rámu, so snahou o docielenie požadovanej hodnoty a úpravy na geometriu, alebo skladbu tkanín monokoku. Po dosiahnutí požadovaného výsledku sa môže začať s výrobou. Simulácie počítajú s ideálnym modelom a nie vždy korešpondujú s realitou, najmä pokiaľ ide o oblasť kompozitov. Preto je veľmi dôležité validovať výsledky simulácie pomocou merania.

Teraz prichádza na rad fotogrametrický systém Tritop od spoločnosti GOM, ktorý umožňuje presné meranie na stovkách bodov, a to aj s presným vektorom posunutia pri torznom teste. Samotné meranie prebieha na prípravku, ktorý sa na ramene postupne zaťažuje vopred definovanou silou a merajú sa vektorové odchýlky posunutí nalepených bodov v jednotlivých záťažových stavoch vzhľadom na referenčný stav. Vďaka tomu je možné vyhodnotiť ozajstnú torznú tuhosť na celej dĺžke vozidla a tieto výsledky využiť k presnejšiemu nastaveniu auta a kontrole presnosti simulácie.

Fotogrametria sa dá využiť aj na kontrolu kvality výroby a presnosti, a to pomocou porovnania nafoteného referenčného (nezaťaženého) stavu jednotlivých bodov voči CAD modelu a tiež ku kontrole normálových odchýlok na diskrétnych bodoch.

Všetky uvedené služby aj produkty sú súčasťou štandardnej ponuky MCAE Systems. Ak riešite podobné projekty, alebo si nie ste istí či využiť 3D technológie, neváhajte nás požiadať o konzultáciu.