Moderní 3D technologie při výrobě monopostu formule

Tým Formule Student TU Brno racing brněnského VUT je znám již řadu let. Studenti se podílejí na vývoji a výrobě monopostu pro tuto kategorii, aby s ním změřili své síly v prestižní, mezinárodní soutěži technických univerzit. Jsme proto rádi, že za těch několik let se skoro v každém monopostu vyskytuje díl z  3D tiskáren od MCAE Systems. A to především jako držáky vstřikování, držáky potenciometrů, prototypové díly pro zkoušku smontování dílů nebo také jako jádra pro výrobu dutých kompozitů a spoustu dalších dílů. Naše společnost zapůjčila stolní 3D tiskárnu MakerBot Z18 do dílny těchto studentů, kde si na ní sami testují, co společně dokáží vytvořit. Na této tiskárně lze vytvářet prototypy s jemnými detaily i složité modely (profesionální kvality). Složitější díly „stavíme“ přímo v naší firmě na profesionálních tiskárnách, především na tiskárně Fortus 450mc od firmy Stratasys, jenž tiskne i z materiálů, na které jsou kladené přísnější teplotní a odolnostní požadavky. Výrobní zařízení Fortus 450mc dokáže splnit vysoké nároky na rychlost, výkon a přesnou výrobu.

Kromě 3D tiskáren využívá Formule Student i sofistikovanější technologie, jako je CAD/CAM software Tebis nebo obráběcí robot KUKA. Náš robot KUKA KR 60 HA obrobil formy, které byly naprogramovány právě pomocí softwaru Tebis. V těchto formách se následně vyráběly díly z uhlíkových vláken jako kapotáže vozu, sedačka a jiné.

Každý vývoj se pokouší o zrychlení a posun hranic možností za pomoci nových technologií, tak i Formule Student dosáhla výrazného milníku. A to při vývoji a konečné výrobě vlastního monokoku z uhlíkových vláken. Obdobný se využívá ve Formuli 1 namísto trubkového rámu. Tento typ rámu s sebou přináší mnoho výhod, jako například zvýšení celé tuhosti a bezpečnosti vozu při současném snížení hmotnosti, což pozitivně ovlivňuje dynamiku celého vozidla a potažmo šance daného vozu na dobré umístění.

Torzní tuhost je jeden z velmi důležitých parametrů vozu. Čím vyšší torzní tuhost, tím lepší jízdní vlastnosti. Hlavním cílem je najít ideální kompromis, protože příliš vysoká tuhost poukazuje na předimenzovanost konstrukce, a tím i vyšší hmotnost vozu.

Návrh probíhá určením ideální hodnoty torzní tuhosti už při návrhu kinematiky vozu. Následuje série FEM (metoda konečných prvků) simulací na geometrii rámu se snahou o docílení požadované hodnoty a úpravy na geometrii nebo skladbě tkanin monokoku. Po dosažení požadovaného výsledku se může začít s výrobou. Simulace počítají s ideálním modelem a ne vždy korespondují s realitou, zvláště pokud jde o oblast kompozitů, a proto je velice důležité výsledky simulace validovat pomocí měření.

Nyní přichází na řadu fotogrammetrický systém Tritop od společnosti GOM (nyní ZEISS), který umožňuje přesné měření na stovkách bodů, a to i s přesným vektorem posunutí při torzním testu. Samotné měření probíhá na přípravku, který se na rameni postupně zatěžuje předem definovanou silou a měří se vektorové odchylky posunutí nalepených bodů v jednotlivých zátěžových stavech vzhledem k referenčnímu stavu. Díky tomu je možné vyhodnotit opravdovou torzní tuhost na celé délce vozu a tyto výsledky využít k přesnějšímu nastavení vozu a kontrole přesnosti simulace.

Fotogrammetrie se dá využít i ke kontrole kvality výroby a přesnosti, a to pomocí porovnání nafoceného referenčního (nezatíženého) stavu jednotlivých bodů vůči CAD modelu a také ke kontrole normálových odchylek na diskrétních bodech.

Všechny uvedené služby i produkty jsou součástí standardní nabídky MCAE Systems. Řešíte-li podobné projekty nebo si nejste jisti, zda využít 3D technologie, neváhejte nás požádat o konzultaci.