Concepção e fabricação de um volante para um carro de fórmula SAE

Aplicações: Desenvolvimento e design de produto, Ciência e educação
Indústrias: Automotivo/transporte, Educação

Desafios: Da concepção à fabricação, como garantir que a criação de um modelo de volante recém-desenvolvido seja bem sucedida?

O volante é frequentemente visto como um dos elementos mais cruciais de um carro de corrida, porque comanda a transmissão eletrônica e a barra estabilizadora, seleciona os modos de tração e o controle de largada do veículo, além de exibir informações essenciais para o piloto. Resumindo, sem um volante operacional, o veículo é incapaz de desempenhar suas funções. Estudantes encarregados de conceber um novo volante otimizado devem ser capazes de integrar uma série de conhecimentos oriundos de diversas disciplinas da área de engenharia, incluindo eletrônica aplicada avançada, fabricação de fibra de carbono e impressão 3D SLA.

Tendo em vista que a concepção de um volante envolve a integração de vários sistemas, como os estudantes podem otimizar o ciclo de design e conceber um volante confiável dentro do prazo do projeto?

A concepção de um volante é frequentemente vista como um dos projetos mais complexos para as equipes de FSAE, porque requer o gerenciamento de várias sub-equipes, o que pode prolongar o ciclo de design devido a muita influência externa. Para se ter um ideia, uma equipe de chassi geralmente gerencia a estrutura do volante, uma equipe de compósitos lidera a fabricação, os pilotos lidam com a ergonomia e uma equipe de elétrica lida com todos os componentes eletrônicos internos. Por isso, a dificuldade de integrar todos esses sistemas pode gerar conflitos entre as sub-equipes e até mesmo levar ao fracasso do volante; a não ser uma sub-equipe dedique-se exclusivamente ao gerenciamento de todo o projeto e assuma total responsabilidade pela finalização do volante, enquanto consulta os membros seniores para obter informações.

Sabendo que o volante será usado por vários anos sucessivos, como os estudantes podem desenvolver um design que os futuros membros da equipe possam entender e melhorar?

As ferramentas necessárias para a concepção e fabricação do volante devem ser fáceis de entender e trabalhar, sem a necessidade de um treinamento extensivo. Ferramentas plug-and-play e interfaces fáceis de usar facilitam o entendimento dos futuros estudantes e os ajudam a descobrir melhorias que podem ser adicionadas ao design.

Diferentes alunos dirigirão o carro da FSAE nos próximos anos. Como o volante pode ser personalizado para cada piloto?

Para otimizar efetivamente a ergonomia, os pilotos têm a oportunidade de esculpir as palmas das próprias mão em argila de moldagem. Essas palmas personalizadas podem ser digitalizadas, processadas e impressas usando um poliuretano termoplástico (TPU) flexível e robusto. Para isso, as equipes de design e fabricação usam escâneres 3D portáteis rápidos, fáceis de usar e de alta resolução.

Malha ao vivo sendo transmitida ao computador durante a digitalização em 3D

Volante - antes e depois da digitalização 3D

Soluções: Tecnologias de digitalização 3D rápidas, fáceis de usar, de alta resolução e portáteis

Rapidez é definida como a capacidade de gerar malha em tempo real, que já é iluminada, processada e pronta para ser perfeitamente integrada ao software de impressão CAD ou 3D preferido dos estudantes.

Portabilidade é possível graças à referência dinâmica, onde tanto a peça e o instrumento podem se mover livremente durante a medição. Dessa forma, a digitalização 3D pode ocorrer no laboratório de design e inovação, na sala de aula ou na oficina automotiva, sem afetar o desempenho.

Simplicidade é exemplificada com dispositivos plug-and-play e interfaces fáceis de usar, que permitem à equipe de FSAE aprender facilmente a digitalizar em 3D e executar digitalizações 3D.

Os escâneres de alta resolução são feitos de câmeras precisas para geometria e câmeras de cor para textura, e fornecem às equipes de design e fabricação a qualidade de digitalização necessária para visualizar e caracterizar os detalhes mais finos dos volantes personalizados.

Escâneres 3D de nível metrológico, como o HandySCAN 3D ou o Go!SCAN 3D, bem como a suíte educacional Creaform ACADEMIA, são bons exemplos dessas soluções de digitalização rápidas, fáceis de usar, de alta resolução e portáteis.

Benefícios: Com rapidez, simplicidade, alta resolução e portabilidade, a equipe de FSAE tem um novo volante a tempo para a corrida

Não apenas o volante estava pronto a tempo para a competição, mas também houve economia de tempo durante as fases de concepção e fabricação. As tecnologias de digitalização 3D e fabricação aditiva contribuíram trazendo os seguintes benefícios, essenciais para atingir as metas estabelecidas pela equipe de FSAE.

Robusto o suficiente para suportar anos de uso: Simulações preliminares e testes de torção permitiram que os estudantes concluíssem que as peças de fibra de carbono e impressas em 3D poderiam suportar as cargas máximas necessárias durante a corrida e ainda serem usadas por vários anos subsequentes.
Fácil de montar: Graças à digitalização 3D, os estudantes puderam extrair informações dimensionais do volantes atual (e do ambiente do automóvel) e representá-las na forma de uma malha instantânea. Assim, eles foram capazes de encaixar as novas peças facilmente na montagem
Personalizável para cada piloto: Os pilotos puderam modelar suas mãos com argila, que foi digitalizada, impressa em 3D e montada com facilidade, tornando o volante adequado para a palma individual de cada piloto que utilizava o volante para uma corrida.
Facilidade para futuros membros da equipe entenderem e aprimorarem: Como os escâneres 3D escolhidos eram simples e fáceis de usar, a digitalização de objetos sem preparação estava ao alcance de todos os estudantes, independentemente de sua experiência e habilidades.

Wisconsin Racing e o Makerspace

Wisconsin Racing é uma organização de engenharia colegiada que compete internacionalmente contra 140 equipes de FSAE. Nos últimos 30 anos, a Wisconsin Racing dominou os níveis mais altos dessa competição e produziu uma geração de engenheiros de destaque.

John Ryan, líder da sub-equipe de elétrica e designer de volante, descreve a contribuição das soluções de digitalização 3D da Creaform da seguinte maneira: “O acesso a uma excelente ferramenta de digitalização como o HandySCAN 3D tornou possível criar digitalizações precisas e personalizadas das preferências ergonômicas do piloto. Na minha experiência, a satisfação do motorista é um elemento crítico no design do veículo. E pilotos felizes produzem tempos de volta mais rápidos.”

O Makerspace, um laboratório de design e inovação da Faculdade de Engenharia da Universidade de Wisconsin-Madison, recebe estudantes de engenharia com vários tipos de projetos, como a equipe Wisconsin Racing.

Tendo em vista que os escâneres 3D são, em sua maioria, manipulados pelos estudantes, o diretor do Makerspace, Lennon Rodgers, diz que seus critérios mais importantes de compra eram que a tecnologia escolhida fosse “realmente fácil para os estudantes usarem e altamente móvel.”

O Makerspace agora está equipado com um HandySCAN 3D, que se destaca da concorrência devido à sua “portabilidade, resolução, rapidez, software de uso fácil e hardware padrão da indústria”, de acordo com Rodgers. Na verdade, a equipe descobriu que a portabilidade e a resolução de que precisavam SOMENTE podiam ser encontradas nos produtos Creaform.

Aplicações semelhantes

Precisa de mais informações sobre nossas soluções?

Você tem uma dúvida específica. Você precisa de conselho de um especialista. Estamos aqui para guiar você.

Pergunte a um especialista