Atraktivní výukové projekty s využitím PLM a 3D tisku

Tags: 3D tisk | PLM | VOŠ a SPŠ | Výuka | Žďár nad Sázavou

Vy­u­ži­tí mo­der­ních vý­rob­ních tech­no­lo­gií v ná­vaz­nos­ti na PLM data po­sky­tu­je ve výuce a stu­dent­ských pro­jek­tech řadu za­jí­ma­vých mož­nos­tí. Po­dí­vej­me se dnes na prázd­ni­no­vý pro­jekt, který vzni­kl pů­vod­ně jako snaha vy­zkou­šet ně­kte­rá ře­še­ní z ob­las­ti stále po­pu­lár­něj­ší elek­tro­mo­bi­li­ty na de­mon­strač­ním RC mo­de­lu. Ve spo­je­ní s tímto pro­jek­tem se ale ná­sled­ně uká­za­la řada za­jí­ma­vých mož­nos­tí, které jsme poz­dě­ji in­te­gro­va­li do výuky na VOŠ a SPŠ ve Žďáru nad Sá­za­vou.

Atraktivní téma RC automobilu

Téma ma­lé­ho RC au­to­mo­bi­lu jsme vo­li­li zá­měr­ně. Jedná se o pro­blém, který lze v sou­čas­né době díky do­stup­nos­tí vý­rob­ních tech­no­lo­gií re­a­li­zo­vat prak­tic­ky celý „doma v ga­rá­ži“. Pro­jekt byl vy­tvo­řen od po­čát­ku s ohle­dem na uni­fi­ka­ci sou­čás­tí. Dů­vo­dem byla pře­de­vším snad­ná repli­ko­va­tel­nost do dal­ších pří­pad­ných stu­dent­ských pro­jek­tů, které jsou ob­lí­be­nou sou­čás­tí výuky na naší škole. Navíc u to­ho­to té­ma­tu mů­že­me atrak­tiv­ně zú­ro­čit zna­los­ti PLM po­stu­pů a soft­ware vy­ba­ve­ní, které je k dis­po­zi­ci stu­den­tům naší školy. Po­dí­vej­me se nyní na po­stup­nou re­a­li­za­ci be­ze­spo­ru za­jí­ma­vé­ho té­ma­tu.

Malý kom­pakt­ní spor­tov­ní hatchback v pr­vot­ním de­sig­nu a vi­zu­a­li­za­ci v bar­vách naší školy

PLM projekt řešený s využitím digitálního prototypu

Ná­stro­je pro re­a­li­za­ci di­gi­tál­ních pro­to­ty­pů jsou skvě­lým zá­kla­dem pro tvor­bu no­vé­ho pro­jek­tu. Fle­xi­bi­li­ta ře­še­ní je vý­bor­ná a lze si i na úrov­ni školy hrát s celou řadou ori­gi­nál­ních scé­ná­řů. Proto jsme u na­še­ho pro­jek­tu za­ča­li od ně­ko­li­ka zá­klad­ních ná­pa­dů a po­stup­ně se pro­pra­co­va­li k fi­nál­ní­mu kon­cep­tu. Au­to­mo­bil byl od po­čát­ku de­signo­ván ori­gi­nál­ně jako snad­no repli­ko­va­tel­ný model vy­ro­be­ný vý­hrad­ně s vy­u­ži­tím 3D tisku. V ob­las­ti kon­struk­ce jsme se dr­že­li snad­no vy­ro­bi­tel­ných sou­čás­tí. Na­vr­že­ný kon­cept se ve fi­ná­le uka­zu­je jako velmi va­ri­a­bil­ní. Sou­čás­ti jsou z dů­vo­du uva­žo­va­né­ho vý­ko­nu po­ho­nu au­to­mo­bi­lu plně de­mon­to­va­tel­né a vy­mě­ni­tel­né. Plá­no­va­ných ná­ra­zů a ko­tr­mel­ců při la­dě­ní kon­cep­ce au­to­mo­bi­lu bude asi více :O).
Při kon­struk­ci a ře­še­ní de­sig­nu au­to­mo­bi­lu jsme vy­u­ži­li osvěd­če­né tro­ji­ce tech­no­lo­gií na­sa­ze­ných v po­řa­dí plně pa­ra­me­t­ric­ký model, de­signer­ská vi­zu­a­li­za­ce a vir­tu­ál­ní re­a­li­ta. Všech­ny tři fáze vý­vo­je na sebe velmi úzce na­va­zu­jí a po­sky­tu­jí díky kom­pa­ti­bi­li­tě 3D dat mož­nos­ti efek­tiv­ních změn.

Vý­fu­ky jsou zde jen pro atrak­ti­vi­tu zvu­ko­vé­ho pod­bar­ve­ní mo­de­lu, jinak se jedná o čistý elek­tro­mo­bil

Pohonný systém bez kompromisů

V mi­nu­los­ti jsme již re­a­li­zo­va­li ně­ko­lik RC au­to­mo­bi­lů po­sta­ve­ných na po­dob­ném kon­cep­tu. Ale chtě­li jsme se po­su­nout u to­ho­to pro­jek­tu vý­raz­ně dále. Zá­klad­ní úvaha smě­řo­va­la do ob­las­ti vy­u­žít pro pohon dvou oběž­ných stří­da­vých mo­to­rů s přímým ná­ho­nem kol. Tento kon­cept se uká­zal jako ne­schop­ný ži­vo­ta. Le­tec­ké oběž­ky (outrun­ner brushless motor) mají sice skvě­lý krou­tí­cí mo­ment, ale úzký roz­sah otá­ček. Přes to, au­to­mo­bil po­sta­ve­ný na tomto kon­cep­tu vy­ba­ve­ný dvěma 500 W oběž­ka­ma, se uká­zal jako úžas­ně sviž­ný, schop­ný uhá­nět na model ne­sku­teč­nou rych­los­tí. Po­stup­ně byla kon­struk­ce pod­voz­ku upra­ve­na na vy­u­ži­tí jed­no­ho stří­da­vé­ho mo­to­ru ve verzi inrun­ner s jed­no­du­chým pře­vo­do­vým kolem 1:3 a jed­ním re­gu­lá­to­rem. Pohon byl di­men­zo­ván na ma­xi­mál­ní výkon 900 W vy­ho­vu­jí­cí mo­de­lům au­to­mo­bi­lů v mě­řít­ku 1:10. Ve fi­ná­le se uká­za­lo, že prak­tic­ky do­sta­ču­je pro běžné zá­vod­ní jež­dě­ní s takto vel­kým RC mo­de­lem na mo­de­lář­ském okru­hu při­bliž­ně po­lo­vi­na vý­ko­nu. Díky po­stup­né op­ti­ma­li­za­ci kon­struk­ce se po­da­ři­lo udr­žet i tě­žiš­tě pod­voz­ku a jeho snad­né ří­ze­ní s vy­u­ži­tím 15 kg di­gi­tál­ní­ho mo­de­lář­ské­ho serva.
Pro model byl vy­ro­ben spe­ci­ál­ní po­hon­ný mo­de­lář­ský Li­‑Ion pack 2S/3P, který při běž­ném jež­dě­ní za­jiš­ťu­je asi 30 minut pro­vo­zu. Ba­te­ri­o­vý pack je na­bí­jen stan­dard­ní mo­de­lář­skou na­bí­ječ­kou s ba­lanč­ním cyk­lem. Aku­mu­lá­tor je vy­ba­ven bez­peč­nost­ní­mi prvky ve spo­je­ní s vý­ko­no­vou re­gu­la­cí stří­da­vé­ho mo­to­ru. Výkon po­ho­nu byl ve fi­ná­le elek­tro­nic­ky ome­zen na ro­zum­ných 500 W.

Fi­nál­ní pro­ve­de­ní ex­te­ri­é­ru pro­to­ty­pu mo­de­lu s funkč­ním osvět­le­ním, blin­k­ry a brz­do­vý­mi svět­lo­me­ty

Výroba doma na stole a skvělá materiálová variabilita

Kon­struk­ce mo­de­lu byla od za­čát­ku smě­řo­vá­na na vý­ro­bu vý­hrad­ně s vy­u­ži­tím FDM 3D tisku. Chtě­li jsme si vy­zkou­šet, jest­li je tato stra­te­gie v dneš­ní době možná. Lá­ka­vá je pře­de­vším levná vý­ro­ba ná­hrad­ních dílů. Jed­not­li­vé sou­čás­ti byly od po­čát­ku op­ti­ma­li­zo­vá­ny pro FDM 3D tisk, jak z hle­dis­ka ukot­ve­ní na tis­ko­vé pod­lož­ce, tak z hle­dis­ka mi­ni­ma­li­za­ce po­tře­by de­fi­no­vat pod­po­ry.

De­tail po­ho­nu mo­de­lu po­mo­cí brushless inrun­ner stří­da­vé­ho mo­to­ru s pře­vo­dem 1:3, vpra­vo pouz­dro aku­mu­lá­to­rů 2S/3P Li­‑Ion

Všech­ny díly ka­ro­se­rie a pod­voz­ku jsou vy­ro­be­ny na FDM tis­kár­ně s tloušť­kou vrst­vy mezi 0,1 a 0,3 mm podle po­ža­do­va­né úrov­ně de­tai­lu. Nej­ob­lí­be­něj­ším ma­te­ri­á­lem je dlou­ho­do­bě pro tyto po­tře­by u nás PET­‑G. Dů­vo­dem je pře­de­vším ro­zum­ná cena, vy­so­ká odol­nost proti rázům a dobrá te­pel­ná a tva­ro­vá stá­lost.

Další za­jí­ma­vé ma­te­ri­á­ly byly po­u­ži­ty při vý­ro­bě pne­u­ma­tik, které jsou ře­še­ny s vy­u­ži­tím TPU s vyšší tvr­dos­tí a spe­ci­ál­ních pře­vo­do­vých kol. Sa­mo­stat­nou ka­pi­to­lou vý­ro­by byl pře­de­vším návrh dez­é­nu pne­u­ma­tik, který se uká­zal jako zcela zá­sad­ní pro jízd­ní vlast­nos­ti RC auta. Fle­xi­bil­ní ma­te­ri­á­ly byly vy­u­ži­ty i pro ně­kte­ré prvky od­pru­že­ní mo­de­lu.

Model zvlá­dá i lehčí prů­jezdy te­ré­nem, ale je pri­már­ně určen díky kon­struk­ci pro dráhu

Pře­vo­dov­ka a její ži­vot­nost nás troš­ku po­trá­pi­la, ale na­ko­nec se po­da­ři­lo pro vý­ro­bu ex­po­no­va­né­ho plas­to­vé­ho kola zís­kat spe­ci­ál­ní fi­la­ment. Pro­ble­ma­ti­ce tisku ozu­be­ných kol vě­nu­je­me ně­kte­rý z dal­ších člán­ků.

A jak jezdí?

Model au­to­mo­bi­lu se chová při jízdě velmi sta­bil­ně, má skvě­lou ak­ce­le­ra­ci a ma­xi­mál­ní rych­lost nad běž­nou hra­ni­cí pro mo­de­lář­skou zá­vod­ní dráhu. Díky men­ší­mu roz­vo­ru kol, který byl volen s ohle­dem na jed­no­du­chý 3D tisk, je velmi ob­rat­ný a jeho ří­ze­ní chce cit­li­věj­ší a vy­tré­no­va­něj­ší mo­de­lář­ské ruce. Cel­ko­vě vý­sle­dek pře­ko­nal ve všech smě­rech oče­ká­vá­ní. Model je více než vý­mluv­nou ukáz­kou toho, kam se po­su­nu­ly mož­nos­ti spo­je­ní 3D dat di­gi­tál­ní­ho pro­to­ty­pu s mo­der­ní­mi po­stu­py vý­ro­by. Za skvě­lou po­va­žu­ji pře­de­vším ob­last vy­u­ži­tí mul­ti­ma­te­ri­á­lo­vých kom­bi­na­cí plas­tů a pruž­ných ma­te­ri­á­lů.

Více za­jí­ma­vých pro­jek­tů z výuky si mů­že­te pro­hléd­nout na www.spszr.cz.