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

Tags: 3D tisk | FDM | Petr Fořt | RC automobil | SPŠ | Žďár nad Sázavou

V dal­ším dílu na­še­ho se­ri­á­lu vě­no­va­né­ho pří­pra­vě a re­a­li­za­ci pro­jek­tů ve výuce na škole s vy­u­ži­tím PLM apli­ka­cí a 3D tisku se po­dí­vá­me na jednu z pěk­ných uká­zek roz­sáh­lej­ší­ho pro­jek­tu, který vzni­kl s cílem de­mon­stro­vat mož­nos­ti těch­to tech­no­lo­gií ve výuce. Vý­stu­py pro­jek­tu s úspě­chem vy­u­ží­vá­me nejen při ak­cích po­řá­da­ných ško­lou, ale také na růz­ných pre­zen­ta­cích a na mo­de­lář­ských dnech pro nejmlad­ší.

Myš­len­ka pro­jek­tu je již star­ší, ale až díky sys­te­ma­tic­ké­mu na­sa­ze­ní 3D tisku jako vý­rob­ní tech­no­lo­gie bylo možné plány pro­jek­tu do­táh­nout až do re­a­li­za­ce.

Návrh a výroba RC automobilu

Za téma dneš­ní­ho pro­jek­tu byla zvo­le­na kon­struk­ce a vý­ro­ba RC au­to­mo­bi­lu. S po­dob­ný­mi ná­vrhy a po­stu­py ře­še­ní se se­zna­mu­jí naši stu­den­ti v zá­klad­ní výuce CAD tech­no­lo­gií pře­váž­ně ve tře­tím roč­ní­ku. Té­ma­ta opí­ra­jí­cí se o au­to­mo­bi­ly, byť v malém, jsou vždy velmi slib­ná a atrak­tiv­ní. Dů­vo­dem není jen za­jí­ma­vý vý­stup pro­jek­tu, ale také mož­nost i na úrov­ni školy apli­ko­vat „do­spě­lé“ prů­mys­lo­vé po­stu­py a pro­fe­si­o­nál­ní soft­wa­ro­vé ná­stro­je.

První koncepty vznikající ve výuce CAD technologií jako digitální prototyp

Návrh RC au­to­mo­bi­lu je na naší škole ve své pod­sta­tě vý­raz­ně roz­ší­ře­nou zá­klad­ní pro­ble­ma­ti­kou zpra­co­vá­ní pr­vot­ních kon­cep­tů vý­rob­ků s vy­u­ži­tím adap­tiv­ních se­stav. Vý­ho­dou to­ho­to té­ma­tu je jeho vy­so­ká ote­vře­nost ná­pa­dům a mož­nost in­te­gra­ce prak­tic­ky li­bo­vol­ných po­stu­pů z ob­las­ti vý­ro­by, 3D tisku, vir­tu­ál­ní re­a­li­ty, vý­po­čtů, ana­lýz apod. Navíc je téma atrak­tiv­ní svými vý­stu­py a skvě­lou mož­nos­tí pod­po­ry růz­ných vzdě­lá­va­cích akcí pro nejmlad­ší tech­ni­ky, které po­řá­dá­me na SPŠ ve Žďáru nad Sá­za­vou.

Vizualizace a ladění referenčních tvarů budoucího RC modelu

Od po­čát­ku pro­jek­tu se ne­sna­ží­me moc ko­pí­ro­vat za­běh­lá ře­še­ní. Spíš vy­u­ží­vá­me no­vých po­stu­pů v ře­še­ní pro­jek­tu s vy­u­ži­tím toho nej­mo­der­něj­ší­ho soft­ware, který mají naši stu­den­ti na naší škole k dis­po­zi­ci. Do­mi­nant­ní po­zi­ci vý­rob­ní tech­no­lo­gie při ře­še­ní pro­jek­tu hraje na­sa­ze­ní FDM 3D tisku jako zá­stup­ce adi­tiv­ních tech­no­lo­gií. Vedle tech­no­lo­gic­ké­ho vy­ba­ve­ní se sna­ží­me také vy­u­ží­vat ilu­stra­tiv­ních po­stu­pů, které jsou vá­zá­ny na vy­u­ži­tí pře­váž­ně nej­no­věj­ší ro­di­ny PLM pro­duk­tů Au­to­de­sku.

Finální vizualizace 3D modelu připravená pro interaktivní prezentaci ve virtuální realitě

Zkusme přemýšlet v konstrukci více interaktivně s využitím VR

Vý­raz­ným kro­kem v kon­struk­ci vý­rob­ků je na­sa­ze­ní 2D a 3D PLM tech­no­lo­gií. Di­gi­tál­ní pro­to­typ po­sta­ve­ný na ži­vot­ním cyklu vý­rob­ku je fe­no­mé­nem, který po­sou­vá tvor­bu pro­jek­tů na vyšší úroveň, a to jak kva­li­ta­tiv­ně, tak ná­stro­ji pro spo­lu­prá­ci. Vý­bor­né mož­nos­ti práce na pro­jek­tu již na úrov­ni re­a­li­za­ce pr­vot­ních ná­vrhů a kon­cep­tů na­bí­zí mo­der­ní zob­ra­zo­va­cí a in­ter­ak­tiv­ní po­stu­py vir­tu­ál­ní re­a­li­ty. V našem pro­jek­tu se vy­u­ži­tí těch­to po­stu­pů do­slo­va na­bí­zí. Proč ne­zpra­co­vat pro­jekt v řadě va­ri­ant a ty si již na úrov­ni di­gi­tál­ní­ho pro­to­ty­pu osáh­nout in­ter­ak­tiv­ně v pro­stře­dí vir­tu­ál­ní re­a­li­ty. Vět­ši­nu kri­tic­kých pro­blé­mů a ne­jas­nos­tí ná­sled­ně opra­vit a po­kra­čo­vat dále.

Virtuální realita poskytuje výborné interaktivní prostředí pro ladění projektu

V ob­las­ti ná­vr­hu na­šich ma­lých au­to­mo­bi­lů si mů­že­me díky do­stup­nos­ti po­stu­pů a tech­no­lo­gií do­slo­va po­hrá­vat s bu­dou­cí po­do­bou vý­rob­ku. Je libo spor­tov­ní vůz? nebo vy­so­ce pro­stup­ný off-road? Nic není díky di­gi­tál­ní­mu pro­to­ty­pu a jeho kon­strukč­ní­mu la­dě­ní ve vir­tu­ál­ním pro­sto­ru ne­mož­né.

Konstrukční detaily budoucího RC automobilu jsou dále rozpracovány jako sestava digitálního prototypu

Kvalitně připravená sestava základem rychlé a spolehlivé výroby

Při po­stu­pech mo­der­ní kon­struk­ce s vy­u­ži­tím di­gi­tál­ní­ho pro­to­ty­pu ne­smí­me ovšem ani na chví­li za­po­me­nout, že všech­ny kroky, které v pro­jek­tu uči­ní­me, musí vést k vy­tvo­ře­ní přes­ných a snad­no vy­ro­bi­tel­ných dat. Pro zpra­co­vá­ní to­ho­to pro­jek­tu, stej­ně jako pro de­sít­ky dal­ších je roz­ho­du­jí­cí vždy kva­li­ta pro­ve­de­né kon­strukč­ní práce, která by měla být již od po­čát­ku op­ti­ma­li­zo­vá­na pro ná­sled­nou vý­ro­bu, tedy v našem pří­pa­dě FDM 3D tisk. To­mu­to vý­rob­ní­mu pro­ce­su jsou pod­ří­ze­ny nejen tva­ro­vé mo­di­fi­ka­ce jed­not­li­vých sou­čás­tí v se­sta­vě, ale také me­to­dy je­jich snad­né­ho spo­jo­vá­ní do pod­se­stav a se­stav. Často jsou op­ti­ma­li­zo­vá­ny také vhod­né ma­te­ri­á­lo­vé vlast­nos­ti, od apli­ka­ce běž­ných ma­te­ri­á­lů, jako jsou na­pří­klad PET-G, až po spe­ci­ál­něj­ší tis­ko­vé ma­te­ri­á­ly TPU, pří­pad­ně ně­kte­ré spe­ci­ál­něj­ší ma­te­ri­á­ly pro vý­ro­bu ozu­be­ných kol do pře­vo­dov­ky.

Tisky celé se­sta­vy jsou ře­še­ny s ohle­dem na po­u­ži­tí tis­kár­ny Prusa I3 MK3S+. S tímto ohle­dem jsou vo­le­ny jak ma­xi­mál­ní roz­mě­ry sou­čás­tí, tak je­jich tvary, kdy se sna­ží­me o mi­ni­mál­ní po­u­ži­tí pod­por. Ob­dob­ně je vo­le­no roz­lo­že­ní se­sta­vy au­to­mo­bi­lu a její ba­rev­nost, která je již pře­dem vy­la­dě­na s vy­u­ži­tím po­stu­pů 3D vi­zu­a­li­za­ce a VR. Jed­not­li­vé jsou vy­tvá­ře­ny pře­váž­ně jako ro­ze­bi­ra­tel­ná spo­je­ní, kte­rých pre­fe­ro­vá­ní jsme již po­psa­li v jed­nom z před­chá­ze­jí­cích dílů na­še­ho se­ri­á­lu.

Finální prototyp větší verze RC automobilu po dokončení

Projekt v několika velikostech a variantách

Se­sta­va au­to­mo­bi­lu v po­do­bě 3D pa­ra­me­t­ric­kých dat po­sky­tu­je tvůr­ci vždy mož­nost ří­ze­ní je­jich vý­sled­ných roz­mě­rů a vlast­nos­tí. Mů­že­me tak vy­ro­bit au­to­mo­bil za vý­raz­ně níz­kých ná­kla­dů, třeba jako de­ko­ra­ci na pra­cov­ní stůl, nebo jej mů­že­me ná­le­ži­tě zvět­šit a osa­dit do­slo­va až po stře­chu tou nej­mo­der­něj­ší elek­tro­ni­kou. Náš pro­jekt au­to­mo­bi­lu vzni­kl hned v pěti va­ri­an­tách. Ve člán­ku se sou­stře­dím pouze na dvě, ty, které jsou nej­víc vy­u­ží­vá­ny.

RC model automobilu si poradí i s akcemi pro nejmenší na sněhu

Sporťák se střídavým motorem a s gyroskopickým digitálním řízením

První model vzni­kl v men­ších roz­mě­rech s cílem vy­zkou­šet kam se nám po­su­nu­la mož­nost mo­de­lář­ských stří­da­vých mo­to­rů a je­jich re­gu­lá­to­rů. Do re­la­tiv­ně ma­lé­ho mo­de­lu se po­da­ři­lo osa­dit jeden stří­da­vý in­run­ner elek­tro­mo­tor, vy­so­ko­rych­los­tí di­gi­tál­ní servo ří­ze­ní a gy­ro­sko­pic­kou sta­bi­li­za­ci směru jízdy, která je navíc do­pl­ně­na ak­ce­le­ro­me­t­rem. Celý sys­tém ří­ze­ní tak za­ru­ču­je velmi pří­jem­nou ovla­da­tel­nost mo­de­lu i rych­los­tech do­sa­hu­jí­cích 90 a více km v ho­di­ně. Model je smě­ro­vě velmi sta­bil­ní i v prů­jez­dech hor­ší­mi po­vrchy. Pro ří­ze­ní je vy­u­ži­ta sada MEMS gy­ro­sko­pů vy­u­ží­va­ných na­pří­klad v mo­de­lář­ské praxi pro ví­ce­o­sou sta­bi­li­za­ci bez­pád­lo­vých me­cha­nik ak­ro­ba­tic­kých vr­tu­l­ní­ků. Vlast­ní ří­dí­cí soft­ware je „oříz­nut“ pouze na jednu osu po­hy­bu.

Model identického RC automobilu doplněný o řadu elektronických systémů

Předváděcí vozidlo s množstvím elektroniky

Další va­ri­an­ta před­vá­dě­cí­ho RC mo­de­lu vznik­la zvět­še­ním pů­vod­ní­ho pa­ra­me­t­ric­ké­ho ná­vr­hu o 50% a úpra­vou ně­kte­rých zá­sad­ních kon­strukč­ních uzlů. Stří­da­vý pohon byl na­hra­zen dvěma od­dě­le­ný­mi ste­no­směr­ný­mi mo­to­ry s ne­zá­vis­lý­mi re­gu­lá­to­ry a elek­tro­nic­kým di­fe­ren­ci­á­lem. Po­da­ři­lo se tak zís­kat model s vy­so­kou pro­stup­nos­tí te­ré­nem a vý­bor­ný­mi jízd­ní­mi vlast­nost­mi v te­ré­nu. Tento model je velmi ob­lí­be­ný pře­de­vším při ak­cích a mo­de­lář­ských dnech, pro­to­že do­ká­že vý­bor­ně jez­dit a re­a­go­vat na ří­ze­ní i na trav­na­tém po­vrchu.

Větší sta­veb­ní roz­mě­ry mo­de­lu umož­ni­ly do něj in­te­gro­vat prak­tic­ky všech­nu po­třeb­nou elek­tro­ni­ku pro zvu­ko­vý do­pro­vod, ří­ze­ní smě­ro­vé­ho a brz­do­vé­ho osvět­le­ní, pře­pí­ná­ní po­tká­va­cích a dál­ko­vých svě­tel apod. Model je vy­ba­ven Li-Ion aku­mu­lá­to­rem s ba­lanč­ním na­bí­je­ním a s ka­pa­ci­tou 10 000 mAh, který vy­sta­čí bez pro­blé­mu za od­po­led­ní před­vá­dě­cí akci. Model je vý­raz­ně roz­měr­něj­ší, těžší a zá­měr­ně po­ma­lej­ší s vyšší sta­bi­li­tou a pro­stup­nos­tí te­ré­nem. Je díky tomu ide­ál­ní pro před­vá­dě­cí akce a jako ukáz­ka kon­strukč­ně za­jí­ma­vé­ho pro­jek­tu ře­še­né­ho vý­rob­ně prak­tic­ky pouze s vy­u­ži­tím FDM 3D tisku.

Více in­for­ma­cí o za­jí­ma­vých pro­jek­tech mů­že­te zís­kat na www.spszr.cz.