ACCELERARE LA PRODUZIONE DI AEREI ELETTRICI CON IL REVERSE ENGINEERING E LA SCANSIONE 3D

La produzione dei veicoli elettrici ha ricevuto una considerevole attenzione e copertura mediatica negli ultimi anni, quale convincente alternativa ai veicoli alimentati con motori termici.

Sapevi che i team di ricerca e sviluppo del settore aerospaziale e i gruppi di ricerca universitari stanno sviluppando aerei elettrici? Questi nuovi velivoli consentono di ridurre i costi del carburante e l’impatto ambientale dovuti all’utilizzo di combustibili tradizionali. Secondo la International Air Transport Association, il carburante rappresenta quasi il 50% del costo totale di proprietà di un aereo. Si tratta di un argomento molto convincente per lo sviluppo degli aerei elettrici. I produttori di aerei ripongono grandi speranze in tal senso.

Anche l’Università di Sherbrooke, un ateneo all’avanguardia della provincia del Québec, sta studiando gli aerei elettrici. Ventuno studenti del dipartimento di ingegneria meccanica dell’università e alcuni studenti dei college locali stanno cercando di trasformare il settore aerospaziale. Il progetto HERA (Hybrid Extended Range Aircraft) rappresenta la conclusione di due anni di studi condotti da queste persone nel campo dell’elettrificazione di un aereo biposto KR-2.

Per compiere questa straordinaria impresa, il team ha utilizzato lo scanner 3D HandySCAN di Creaform per eseguire ispezioni, controllo qualità e reverse engineering. “L’obiettivo del progetto consisteva nel dimostrare la fattibilità dell’utilizzo dell’elettricità per la propulsione degli aerei e lo sviluppo di un prototipo funzionale e ad alte prestazioni di un aereo KR-2 elettrico, il primo autocostruito in Canada”, spiega François Lachance, uno dei leader del progetto.

“Il secondo obiettivo del progetto consisteva nel condividere il know-how e le competenze sviluppati nel corso degli ultimi mesi con gli altri atenei e le aziende aerospaziali, in modo da consentire a questi soggetti di sfruttare i nostri risultati e sviluppare versioni elettriche o ibride dei propri velivoli”.

Tecniche di progettazione con reverse engineering e sviluppo di nuovi prodotti

Quale sponsor principale del progetto, Creaform ha offerto al team HERA uno scanner 3D HandySCAN per eseguire diverse ispezioni dimensionali. Lo scanner è stato utilizzato anche per il reverse engineering dell’intero aereo, in modo da eseguire una corretta modellazione.

Scansione 3D e reverse engineering per la realizzazione di modelli 3D

“Trattandosi di un aereo costruito da privati, non disponevamo di modelli 3D. Inoltre, il prototipo iniziale non era perfettamente simmetrico e le dimensioni reali di alcuni componenti erano diverse da quelle dei nostri piani di assemblaggio”, ha spiegato Lachance.

Un rapido processo di reverse engineering

Grazie alle tecnologie di misurazione 3D di Creaform, il team è riuscito a creare i modelli digitali della struttura interna ed esterna dell’aereo in un fine settimana, operando in modo preciso e veloce.

Analisi del prodotto tramite il reverse engineering

Lachance aggiunge: “La qualità del modello digitale era essenziale per la progettazione dei diversi sistemi dell’aereo”. Il team è rimasto colpito dalla capacità di HandySCAN 3D di analizzare rapidamente i componenti. La portabilità e accuratezza (fino a 0,030 mm) del prodotto hanno reso l’intero processo molto efficiente. Il software VXmodel di Creaform ha consentito al team di ottimizzare la conversione delle mesh 3D in modelli usando il proprio software CAD, per un processo molto intuitivo.

La scansione 3D accelera i processi di misurazione e ispezione

Secondo Lachance, HandySCAN 3D ha velocizzato l’intero processo di misurazione e ispezione, un percorso lungo e macchinoso che avrebbe potuto aumentare le probabilità di errori in caso di esecuzione manuale:  il team avrebbe dovuto impiegare fino a 300 ore per completare il processo di misurazione e digitalizzazione attraverso i tradizionali metodi manuali. HandySCAN 3D ha consentito di completare il percorso in sole 80 ore.

Inoltre, i modelli 3D generati con HandySCAN 3D hanno consentito di eseguire le analisi degli elementi finiti (FEA) sulla struttura dell’aereo. HERA è il risultato della collaborazione tra il team di sviluppo e importanti sponsor come ad esempio Bombardier, Pratt & Whitney Canada, Siemens, Unither Bioélectronique, Optis Ingénierie, Creaform, L3 Harris, National Research Council Canada e MayaHTT. “Si tratta di una grande opportunità per le parti interessate del settore, che potranno collaborare con alcuni promettenti studenti di ingegneria alla creazione di aerei elettrici di potenza elevata”, ha aggiunto Lachance.

Al momento, il principale obiettivo tecnico era la dimostrazione della possibilità di far volare il prototipo in tutta sicurezza. Il velivolo verrà presentato all’evento di ingegneria di fine anno dell’Université de Sherbrooke e in una delle principali mostre canadesi di ingegneria all’inizio di dicembre 2019. A gennaio 2020 verranno condotti i primi test a terra per verificare la manovrabilità e potenza dell’aereo. Allo stesso tempo, l’aereo verrà ispezionato anche dal Transport Canada. “Il nostro progetto sta per prendere vita”.

“L’aereo sarà dotato di un motore elettrico e batterie molto capienti”, spiega Lachance. “Una delle maggiori sfide era la progettazione e l’assemblaggio di una batteria agli ioni di litio in tutta sicurezza. Dovevamo condurre diversi test per ridurre il runaway termico e determinare i livelli di prestazione elettrica e meccanica del motore”.

Inoltre, il team ha dovuto anche integrare al meglio tutti i sistemi dell’aereo. “Trattandosi del primo aereo elettrico del Nord America, le norme e gli standard di aeronavigabilità non prevedevano ancora le certificazioni per questo tipo di propulsione elettrica. La sicurezza delle batterie e del pilota era un elemento irrinunciabile”, aggiunge Lachance.

Il lavoro del team HERA è stato condotto in una sala dedicata ai veicoli elettrici e non in un ambiente di laboratorio isolato. “Speravamo che la precisione e ripetibilità dei risultati di misurazione non venissero compromesse dal locale in cui abbiamo eseguito il lavoro”. Secondo Lachance, l’integrità dei risultati dipendeva dalla natura autoposizionante di HandySCAN 3D, il cui sistema di riferimento dinamico blocca la posizione dello scanner sulla parte, in modo da eliminare l’impatto dei movimenti e delle vibrazioni sul lavoro di acquisizione.

Il progetto HERA dell’Université de Sherbrooke è un esempio del modo in cui il pacchetto educativo ACADEMIA di Creaform può aiutare le facoltà di ingegneria di tutto il mondo a sfruttare le soluzioni di misurazione 3D per ottimizzare la tecnologia. Infatti, molte università stanno creando laboratori gestiti da studenti e dotati di scanner 3D per consentire agli ingegneri del futuro di apprendere la metrologia e sviluppare progetti in questo campo emergente usando le tecnologie di misurazione 3D.

Seguici per restare aggiornato sui prossimi risultati dei test del team HERA e sui futuri contributi di Creaform a questo progetto pionieristico.