Realizujeme projekty na škole s využitím 3D tisku, 4. díl

Tags: 3D tisk | CAD | CAE | FDM | Petr Fořt | PLM | RC model | SPŠ | Žďár nad Sázavou

Dneš­ní díl na­še­ho se­ri­á­lu vě­no­va­né­ho za­jí­ma­vým pro­jek­tům ře­še­ným na škole s vy­u­ži­tím kre­a­tiv­ní­ho na­sa­ze­ní 3D tisku a PLM tech­no­lo­gií vě­nu­je­me dal­ší­mu pro­jek­tu. RC model vzni­kl s cílem před­sta­vit 3D tisk nejen jako skvě­le po­u­ži­tel­nou pro­dukč­ní tech­no­lo­gii, ale také jako posun vy­u­ži­tí di­gi­tál­ní­ho pro­to­ty­pu nejen ve výuce.

Člá­nek na­va­zu­je te­ma­tic­ky na třetí díl se­ri­á­lu, ve kte­rém jsme si uká­za­li mož­nos­ti spo­je­ní PLM ná­stro­jů a 3D tisku na atrak­tiv­ním té­ma­tu kon­struk­ce RC au­to­mo­bi­lu. Vzhle­dem k tomu, že se jedná o velmi vděč­né téma, po­ku­sí­me se na­vá­zat dal­ším za­jí­ma­vým pro­jek­tem z této ob­las­ti a výuky na SPŠ ve Žďáru nad Sá­za­vou.

Konstrukce RC modelu byla řešena tradičně s využitím PLM a virtuální reality

Zajímavé téma pro nejmladší generaci techniků

Pro­jekt his­to­ric­ky vzni­kl zhru­ba před třemi lety. Hle­da­li jsme za­jí­ma­vý vý­ro­bek pro různé vzdě­lá­va­cí, po­pu­la­ri­zač­ní a mo­de­lář­ské akce v pro­sto­rách školy, v ex­te­ri­é­rech a na le­tiš­tích. Sou­čas­ně jsme hle­da­li téma, které by bylo možné efekt­ně spo­jit s mo­de­lář­ský­mi ak­ti­vi­ta­mi v ob­las­ti lé­tá­ní s RC mo­de­ly le­ta­del. Bylo ale, jasné, že se ne­mů­že jed­nat o RC model le­ta­dla. Ten není pro účely vzdě­lá­va­cích akcí pro nejmlad­ší tech­ni­ky ide­ál­ní, vy­ža­du­je pro pi­lo­táž již zna­los­ti a zku­še­nos­ti. Navíc ne­smí­me nikdy za­po­me­nout na bez­peč­nost pu­b­li­ka. Po­my­sl­nou před­lo­hou pro náš nový RC model bylo úče­lo­vě vy­ro­be­né vo­zi­dlo, pů­vod­ně ur­če­né pro při­sta­vo­vá­ní vel­kých le­ta­del na star­to­va­cí dráhu. Kon­struk­ce mo­de­lu byla ná­sled­ně mo­di­fi­ko­vá­na s ohle­dem na jeho ma­xi­mál­ní pro­stup­nost te­ré­nem, pře­de­vším pak hlad­kou jízdu pro trav­na­té le­tišt­ní dráze, nebo škol­ním hřiš­ti.

RC model s vysokou prostupností terénem je vděčné téma

Kreativní konstrukční přístup s využitím PLM software a postupů

Pro kon­struk­ci mo­de­lu byla vy­u­ži­ta ro­di­na pa­ra­me­t­ric­kých PLM apli­ka­cí ve spo­je­ní s ná­stro­ji pro ře­še­ní pr­vot­ní­ho de­sig­nu, vi­zu­a­li­za­ce a vir­tu­ál­ní re­a­li­ty. Nejen tech­nic­ké vy­ba­ve­ní školy po­sky­tu­je pro tyto účely řadu za­jí­ma­vých mož­nos­tí a pří­le­ži­tos­tí. Zá­kla­dem kon­strukč­ní­ho ná­vr­hu je jed­no­du­chá zá­klad­ní kon­struk­ce úče­lo­vé­ho te­rén­ní­ho vo­zi­dla, které je vy­ba­ve­no sy­me­t­ric­kým ná­ho­nem zadní ná­pra­vy dvěma od­dě­le­ný­mi stej­no­směr­ný­mi elek­tro­mo­to­ry s ko­vo­vý­mi pře­vo­dov­ka­mi. Vzhle­dem k roz­mě­rů a hmot­nos­ti mo­de­lu přes 3 kg již ne­by­lo možné vy­u­žít plas­to­vých pře­vo­dů. Model zvlá­dá ve fi­ná­le i ta­že­ní více jak 15 kg RC maket a po­lo­ma­ket le­ta­del po trav­na­té dráze le­tiš­tě.

Model je kompletně vybaven elektronickými prvky a elektronickým diferenciálem

Tvary vo­zi­dla jsou ře­še­ny ten­to­krát vý­raz­ně úče­lo­vě. Na mo­de­lu ne­hle­dej­me slo­ži­té apli­ka­ce ploch, pří­pad­ně ji­ných slo­ži­těj­ších kon­strukč­ních ope­ra­cí. Cílem pro­jek­tu je také ilu­stra­tiv­ní vy­u­ži­tí mo­de­lu v pro­stře­dí výuky zá­kla­dů pro­jek­to­vá­ní a kon­stru­o­vá­ní pro nejmlad­ší tech­ni­ky. Model je vý­bor­nou po­můc­kou na­pří­klad pro vý­klad kon­strukč­ní práce v se­sta­vách.

Materiálová volba a pár tipů pro 3D FDM tisk

Zá­klad mo­de­lu při­po­mí­na­jí­cí­ho tva­ro­vě star­ší verze ta­ha­čů vy­u­ží­va­ných pro pře­pra­vu dřeva je rá­mo­vá kon­struk­ce vy­ro­be­ná jako se­sta­va z PET-G plas­tu. Tento ma­te­ri­ál patří v na­šich pro­jek­tech mezi nej­ob­lí­be­něj­ší. Dů­vo­dem je jeho snad­ný tisk, dobrá me­cha­nic­ká odol­nost a uspo­ko­ji­vá te­pel­ná odol­nost v ex­te­ri­é­rech. Jed­not­li­vé sou­čás­ti jsou při­pra­vo­vá­ny v se­sta­vách přímo v pro­stře­dí 3D CAD PLM apli­ka­ce. Na­sa­ze­ní mo­der­ních po­stu­pů adap­tiv­ní­ho mo­de­lo­vá­ní navíc po­sky­tu­je vy­so­kou va­ri­a­bi­li­tu ře­še­ní kon­strukč­ních uzlů.

Odolnost a opravitelnost modelu je také díky použitým materiálům výborná za každých podmínek

Roz­mě­ry mo­de­lu, již vy­ža­do­va­ly od kon­struk­ce efek­tiv­ní roz­lo­že­ní jed­not­li­vých sou­čás­tí do se­stav a pod­se­stav. Model je kom­plet­ně vy­ro­ben na tis­kár­ně Prusa i3 MK3­+. Pokud bychom měli de­fi­no­vat ale­spoň nej­dů­le­ži­těj­ší pod­mín­ky, které ovlivňují efek­ti­vi­tu a kva­li­tu 3D tisku pro ob­dob­né účely, tak je možné uvést ně­ko­lik zá­klad­ních pra­vi­del:

• Volme kon­struk­ci sou­čás­ti op­ti­mál­ně s ohle­dem na mi­ni­ma­li­za­ci tis­ko­vých pod­por. S pod­po­ra­mi si nejen při­dá­vá­me čas po­třeb­ný pro fi­nál­ní úpra­vu sou­čás­ti, ale také ade­kvát­ně pro­dlu­žu­je­me tis­ko­vé časy. Pokud pod­po­ry mu­sí­me po­u­žít a nejsme je schop­ni vhod­nou kon­struk­cí mo­de­lu eli­mi­no­vat, mu­sí­me vždy po­čí­tat s vyšší prac­nos­tí a časem pro vý­ro­bu sou­čás­ti.
• Volme vhod­né pře­cho­dy, mosty a úkosy tak, aby je bylo možné správ­ně vy­ro­bit. V této ob­las­ti je nutné pa­ma­to­vat také na vhod­nost kon­krét­ních ma­te­ri­á­lů pro vý­ro­bu kon­krét­ní­ho kon­strukč­ní­ho prvku. V této ob­las­ti je nutné dávat pře­de­vším pozor na fle­xi­bil­ní ma­te­ri­á­ly, které mají řadu spe­ci­fic­kých vlast­nos­tí z hle­dis­ka vhod­né kon­struk­ce mo­de­lu.
• Pokud pra­cu­je­me s pod­po­ra­mi, je ide­ál­ní je sou­stře­dit pouze do kri­tic­kých míst a pod pod­po­ry při­pra­vit jed­no­du­chý sta­veb­ní blok, tak aby pod­po­ry ne­vy­chá­ze­ly přímo z pod­lož­ky, ze které se často ob­tíž­ně od­st­raňují.
• Kon­strukč­ně mi­ni­ma­li­zuj­te ne­bez­pe­čí od­tr­že­ní sou­čás­tí od pod­lož­ky v prů­bě­hu tisku. Tato chyba je pro prů­běh tisku zcela zá­sad­ní a osud­ná. Jedná se v pod­sta­tě o jednu z mála chyb, která může po­ško­dit fi­nál­ní tisk, stej­ně dobře jako po­ško­dit vlast­ní tis­kár­nu. Nikdy ne­od­st­raňujte na­ba­le­ný ma­te­ri­ál na hlavu za stu­den­ta. Vždy hlavu ohřej­te na pro­voz­ní tep­lo­tu. Na­ba­le­ný ma­te­ri­ál vět­ši­nou od­pad­ne sám, nebo pouze pod leh­kým tla­kem.
• Sou­čás­ti mo­de­lu­je­me vždy na jme­no­vi­tý roz­měr. S to­le­ran­ce­mi pra­cu­je­me pouze ve vý­raz­ně spe­ci­fic­kých pří­pa­dech, kdy po­tře­bu­je­me v se­sta­vě velké vůle, pří­pad­ně pře­sa­hy.
• Po­vrchy sou­čás­tí vo­lí­me jako fi­nál­ní. Sna­ží­me se při­znat tis­ko­vý po­vrch bez ná­sled­ných po­vr­cho­vých úprav, jako je tme­le­ní, brou­še­ní a la­ko­vá­ní. Tyto pro­ce­sy jsou prac­né, vý­sle­dek je často bez zá­ru­ky a ob­tíž­ně se zpra­co­vá­vá. Navíc v pří­pa­dě po­tře­by vy­ro­bit ná­hrad­ní díl, je práce da­le­ko kom­pli­ko­va­něj­ší.

RC model tahače na jedné z ukázkových akcí

Výroba pneumatik

Sa­mo­stat­nou část kon­struk­ce na­še­ho mo­de­lu je vě­no­vá­na vý­ro­bě roz­měr­ných pne­u­ma­tik. Ty ře­ší­me v na­šich pro­jek­tech jako se­sta­vu a kom­bi­na­ci mo­de­lů vy­ro­be­ných z růz­ných ma­te­ri­á­lů. Nikdy ne­vy­u­ží­vá­me mul­ti­ma­te­ri­á­lo­vý tisk, který je zby­teč­ně slo­ži­tým po­stu­pem. U pne­u­ma­tik vy­ro­be­ných s vy­u­ži­tím 3D tisku si mu­sí­me v první řadě uvě­do­mit, že se ne­jed­ná o pryž, ale o plast. V pří­pa­dě pne­u­ma­ti­ky vy­ro­be­né pře­váž­ně z TPU, mu­sí­me po­čí­tat s nižní ad­he­zí vůči po­vrchu. Pne­u­ma­ti­ka z 3D tis­kár­ny obec­ně více na po­vrchu klou­že. Čás­teč­ně lze eli­mi­no­vat tuto ne­vý­ho­du vhod­nou vol­bou vzor­ku pne­u­ma­ti­ky, který musí být jem­něj­ší a tvr­dos­tí pne­u­ma­ti­ky, která je dána po­u­ži­tou tvr­dos­tí TPU a její vý­pl­ní.
Pne­u­ma­ti­ky z TPU na dru­hou stra­nu mají velmi dobrou otě­ruvzdor­nost a odol­nost proti opo­tře­be­ní na štěr­ku, ka­me­ní apod. Ma­te­ri­ál pne­u­ma­tik vo­lí­me pro 3D tisk s ohle­dem na jeho zpra­co­va­tel­nost. Toto hle­dis­ko je ovliv­ně­no pře­de­vším kon­struk­cí po­u­ži­té FDM tis­kár­ny. Ne všech­ny 3D tis­kár­ny do­ká­ží tisk­nout na­pří­klad z TPU o tvr­dos­ti 85 SH (stup­ni­ce Shore), pří­pad­ně nižší. Pne­u­ma­ti­ky vy­ro­be­né s vy­u­ži­tím 3D tisku jsou vý­bor­né pro běžné pří­rod­ní po­vrchy v ex­te­ri­é­rech. Již horší vlast­nos­ti vy­ka­zu­jí na leš­tě­ném po­vrchu pod­lah a dlaž­by. Zde bych do­po­ru­čo­val se po­o­hléd­nout při kon­struk­ci mo­de­lu po tra­dič­ních vul­ka­ni­zo­va­ných pne­u­ma­ti­kách z gumy.

Finální RC model při jedné z prvních jízd a testování funkčnosti elektroniky

Montáž sestavy

Jistě jste si všimli v našem se­ri­á­lu, že u vý­rob­ků pre­fe­ru­je­me ro­ze­bí­ra­tel­né a snad­no mon­to­va­tel­né pod­se­sta­vy. Ani tento pro­jekt není vý­jim­kou. Dů­vo­dem je vý­bor­ná a fle­xi­bil­ní opra­vi­tel­nost se­sta­vy mo­de­lu a její snad­ná mon­táž. Na roz­díl od le­pe­ní, kdy mu­sí­me dbát a řadu pra­vi­del a pod­mí­nek pro vznik kva­lit­ní­ho spoje, je šrou­bo­va­ný spoj vhod­ný i pro za­čá­teč­ní­ky a nejmlad­ší tech­ni­ky. Ti mají již často zku­še­nos­ti s tra­dič­ní­mi sta­veb­ni­ce­mi a mon­tá­ží sou­čás­tí. Vy­hne­me se tak navíc sle­pe­ným prs­tům vte­ři­no­vým le­pi­dlem, za­le­pe­ným po­vrchům a ne­kva­lit­ním le­pe­ným spo­jům. Čas vě­no­va­ný pre­ciz­něj­ší kon­strukč­ní pří­pra­vě se­sta­vy mo­de­lu s vy­u­ži­tím mo­der­ních PLM ná­stro­jů, nej­čas­tě­ji CAD, CAE soft­wa­ro­vých ná­stro­jů, se tak oprav­du vrátí v pří­jem­něj­ší mon­tá­ži a snad­né vy­mě­ni­tel­nos­ti.

S mon­tá­ží sou­čás­tí do se­sta­vy dneš­ní díl se­ri­á­lu za­kon­čí­me. Je zřej­mé, že se jedná o pro­jekt, který je již velmi kom­plex­ní a za­jí­ma­vý svým roz­sa­hem. Zá­vě­rem již pouze do­plň­me in­for­ma­ci, že je model po­há­něn stej­no­směr­ný­mi mo­to­ry ve­li­kos­ti 550 až 600 s elek­tro­nic­kým di­fe­ren­ci­á­lem. Je na­pá­jen Li-Ion aku­mu­lá­to­rem o ka­pa­ci­tě 12 000 mAh s ba­lanč­ním na­bí­je­ním. Model je osa­zen cel­kem třemi mi­k­ro­po­čí­ta­či pro osvět­le­ní, smě­ro­vá svět­la a zvu­ko­vý ge­ne­rá­tor. K tomu mu­sí­me při­dat dva stej­no­směr­né 80 A re­gu­lá­to­ry a di­gi­tál­ní ser­vo­ří­ze­ní s vo­lan­to­vou tří­ka­ná­lo­vou RC soupra­vou.

Více za­jí­ma­vých pro­jek­tů si mů­že­te pro­hléd­nou na strán­kách www.​spszr.​cz.