Progettazione e fabbricazione del volante di un'auto di formula SAE

Applicazioni: Sviluppo e progettazione del prodotto, Scienza ed educazione
Settori: Automobilistico, Istruzione

Le sfide da vincere In che modo è possibile realizzare un eccellente volante di nuova concezione dalla progettazione alla fabbricazione?

Il volante è un elemento critico di un'auto da corsa, poiché consente di gestire il cambio elettronico e le barre anti-rollio, selezionare la modalità della trazione, gestire il controllo della partenza e visualizzare informazioni essenziali per il pilota. In poche parole, senza un volante funzionante in modo ottimale non è possibile usare un'auto da gara. Gli studenti alle prese con il design di un volante devono utilizzare diverse discipline ingegneristiche allo stesso tempo, tra cui elettronica integrata e avanzata, fabbricazione della fibra di carbonio e stampa 3D SLA.

La progettazione di un volante implica l'integrazione di diversi sistemi. In che modo è possibile ottimizzare il ciclo di design e realizzare un volante affidabile e completo entro il tempo previsto per il progetto studentesco?

Il design di un volante è spesso uno dei progetti più complessi per i team FSAE, poiché richiede la gestione di diversi team secondari, aspetto che può aumentare la durata della progettazione a causa delle numerose influenze esterne coinvolte nel processo. All'atto pratico, spesso il team responsabile del telaio deve occuparsi anche della struttura del volante, il team dedicato ai materiali compositi deve dirigere il processo di fabbricazione, i piloti analizzare l'ergonomia e il team dedicato ai sistemi elettrici lavorare sull'elettronica interna. Pertanto, la difficoltà di integrazione di questi sistemi può generare conflitti tra i team secondari e persino compromettere il completamento del progetto. A tale scopo, è possibile assegnare un singolo team secondario alla gestione dell'intero progetto, con il compito della realizzazione del volante con la consulenza dei membri anziani.

Poiché il volante verrà utilizzato per anni, in che modo è possibile creare un design comprensibile per i futuri membri del team e che consenta a queste persone di apportare le modifiche necessarie?

Gli strumenti per la progettazione e fabbricazione del volante devono essere semplici da comprendere e utilizzare senza doversi sottoporre a un corso di formazione approfondito. La disponibilità di interfacce e strumenti intuitivi agevola lo studio da parte dei futuri apprendisti, consentendo di analizzare in modo efficace i miglioramenti da apportare al design.

Nei prossimi anni, diversi studenti potrebbero alternarsi alla guida dell'auto FSAE. In che modo è possibile personalizzare il volante in base a ciascun pilota?

Per ottimizzare l'ergonomia, i piloti potranno imprimere la forma delle proprie mani in uno stampo in argilla. Queste forme verranno sottoposte a scansione, elaborazione e stampa in poliuretano termoplastico (TPU), un materiale flessibile e robusto. A tale scopo, i team di progettazione e fabbricazione utilizzano scanner 3D portatili veloci, facili da usare e ad alta risoluzione.

Trasferimento della mesh in tempo reale a un computer durante la scansione 3D

Sterzo dell'auto prima e dopo la scansione 3D

Le soluzioni Tecnologie di scansione 3D veloci, facili da usare, ad alta risoluzione e portatili

La velocità di queste soluzioni consente di creare, in tempo reale, mesh alleggerite, elaborate e pronte per l'integrazione nel software CAD o di stampa 3D preferito dagli studenti.

La portabilità è legata al sistema di riferimento dinamico, che consente di spostare liberamente la parte oggetto della scansione e lo strumento di misura durante l'analisi dimensionale. In questo modo, è possibile eseguire una scansione 3D nel laboratorio di progettazione e innovazione, in classe o nelle aziende automobilistiche, senza alcun influsso negativo sulle prestazioni.

La semplicità viene offerta dai dispositivi plug-and-play e dalle interfacce intuitive, che consentono al team FSAE di apprendere le basi della scansione 3D ed eseguire agevolmente tale operazione.

Gli scanner ad alta risoluzione dispongono di fotocamere molto precise per l'acquisizione della geometria e delle le texture, che vengono scansionate a colori, offrendo ai team di progettazione e fabbricazione una qualità tale da poter visualizzare e definire anche i più piccoli dettagli delle impugnature.

Gli scanner 3D per metrologia, come ad esempio HandySCAN 3D o Go!SCAN 3D, e la suite didattica Creaform ACADEMIA:, sono soluzioni di scansione veloci, facili da usare, ad alta risoluzione e portatili.

Vantaggi Grazie a una tale velocità, semplicità, risoluzione e portabilità, il team FSAE ha creato un nuovo volante in tempo per la gara

Il volante è stato realizzato in tempo per la competizione, risparmiando molto lavoro durante le fasi di progettazione e fabbricazione. Le tecnologie di scansione 3D e la fabbricazione additiva offrono i seguenti importanti vantaggi per raggiungere gli obiettivi definiti dal team FSAE.

Resistenza ad anni e anni di utilizzo:grazie alle simulazioni preliminari e ai test di torsione, gli studenti hanno calcolato la resistenza della fibra di carbonio e delle parti stampate in 3D ai carichi massimi richiesti in gara, favorendo un utilizzo proficuo per anni e anni.
Facilità di montaggio:grazie alla scansione 3D, gli studenti possono estrarre informazioni dimensionali dal volante e dall'auto in uso e creare mesh istantanee. In questo modo è semplice adattare le nuove parti all'assieme
Personalizzabile per ciascun pilota:gli studenti hanno creato uno stampo di argilla delle proprie mani, in seguito scansionato, stampato in 3D e assemblato in modo da adattare il volante al palmo delle mani del pilota.
Semplice analisi e ottimizzazione per i futuri membri del team:grazie alla semplicità d'uso degli scanner 3D, gli studenti hanno eseguito la scansione degli oggetti senza alcuna preparazione, indipendentemente dalla propria esperienza e abilità.

Wisconsin Racing e Makerspace

Wisconsin Racing è un'organizzazione di ingegneria universitaria che partecipa alle competizioni internazionali FSAE a cui partecipano 140 squadre.Negli ultimi 30 anni, Wisconsin Racing ha partecipato a questa competizione ai massimi livelli, producendo una generazione di ingegneri eccezionali.

John Ryan, capo del team secondario per l'elettricità e progettista del volante, descrive il contributo offerto dalle soluzioni di scansione 3D di Creaform: "L'utilizzo di un eccellente strumento di scansione come HandySCAN 3D ha consentito di creare scansioni accurate e personalizzate in grado di soddisfare le preferenze ergonomiche del pilota. Secondo la mia esperienza, la soddisfazione del pilota è un elemento critico per la progettazione di un'auto. I piloti soddisfatti ottengono migliori tempi sul giro".

Makerspace, un laboratorio di design e innovazione del College of Engineering dell'Università del Wisconsin-Madison, esegue la formazione degli studenti di ingegneria mediante progetti come ad esempio il team Wisconsin Racing.

Secondo Lennon Rodgers, direttore di Makerspace, gli scanner 3D vengono usati soprattutto dagli studenti, che evidenziano criteri d'acquisto come ad esempio "semplicità d'uso e facilità di trasporto".

Makerspace ha scelto HandySCAN 3D, un prodotto diverso dalla concorrenza per via di caratteristiche come "portabilità, risoluzione, velocità, facilità d'uso del software e hardware standard del settore", conclude Rodgers. Secondo il team, solo il prodotto Creaform dispone delle caratteristiche di portabilità e risoluzione necessarie per le proprie attività.

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