3D tiskanje krmilnega členka, ki je dovolj močan za zmago v Detroitu.

3... 2... 1... Gremo!
Tie Fighter-ji, kartonski džipi, in realni MarioKart dirkalniki zdrvijo od štartne črte na Power Racing Series Road Course-u na Detroit-skem sejmu 2015. Gokarti so bili izdelani pri ljubiteljih kjer kreativnost, inovativnost in igrivost prinašajo priložnost da zasijejo.
Med njimi je tudi Charles Guan, diplomant iz MIT-ja na področju strojništva. Njegov gokart se imenuje Chibi-Mikuvan, načrtovan po primeru Mitsubishi Delica med leti 1986-1994 ter izdelan iz “raznolikih nepovezanih trgovskih in industrijskih delov” kot pravi Guan. Vključuje tudi notranjost motorja iz R/C čolna in gonila za kotni brusilnik. Izdelan je bil za dirko iz prejšnjega leta, letos pa je bil Chibi-Mikuvan deležen pomembnih nadgradenj. Nadgradnje, ki so bile natisnjene z MarkForged tiskalnikom, so pripomogle k zmagi Chibi-Mikuvana.
Eden izmed najpomembnejših delov avtomobilskega vzmetenja je krmilni členek. Del povezovalnega sistema med zasukom koles in gibanja krmilnega mehanizma. Sam členek je lahko zelo zahteven za izdelavo in mora prenesti ogromno sil iz vseh strani kot tudi upornost ceste, gibanje koles in težo voznika. Guan je želel zamenjati star krmilni mehanizem (kovinski sestav, ki je težak in nagnjen k napakam) z nečim lažjim in enostavnejšim za izdelavo, vendar še vedno enako močnim.
Strošek Čas
Tiskano z Markforged $54.70 52 ur
Strojno obdelano iz aluminija $1,090.41 3-5 dni + dostava
Cena je pokrita že po 5 prototipih
Prenesi PDF
Zasnovano za zmago
Kadar govorimo o zmanjševanju teže in poenostavljanju procesa izdelave, 3D tiskanje združuje hiter in iterativen načrtovalni tok hitrega prototipiranja z ne preveč dragim vendar kompleksnim tiskalnim procesom. Omogoča zapleteno in natančno dimenzioniranje kosov, ki bi v tradicionalni strojni proizvodni trajalo tudi po več ur. Aditivna proizvodnja je Guanu prinesla priložnost da zmanjša težo in obseg njegovega krmilnega mehanizma. Mnogo rešitev 3D tiskanja proizvede kose, ki so prešibki in preveč krhki, da bi zdržali sile potrebne za takšen krmilni mehanizem.
Kadar izdelamo ali tiskamo kose iz kovine, so lastnosti materiala posameznih kosov boljše ampak skoraj izotropne. Pri uporabi kompozitnih materialov, lahko vlakna orientiramo tako, da lastnosti materiala optimiziramo po določeni smeri na kosu. Vendar pa je lahko za kompozitne materiale potrebujemo veliko ur za pravilno nastavitev, izdelavo in izpopolnitev. Mark One, z najlonom in kompozitnim filament možnostmi, je Guanu doprinesel ravno pravo moč in možnost izdelave, da je načrtoval kompakten in lahkoten krmilni sestav za dirko z Chibi-Mikuvanom na sejmu v Detroitu.
Mikuvan Van 600

Chibi-Mikuvan

Veliki natisi
Guan je zasnoval kose, ki izkoristijo prednost anizotropne narave MarkForged tiskanin in jih natisnil z uporabo najlona in steklenih vlaken. Plasti najlona nudijo fleksibilnost, medtem pa steklena vlakna nudijo moč na plasti na katere so nanešeni. “Nov krmilni členek,” pojasni Guan, ”bo natisnjen sploščen, da bo imel velike sekcije vlaken, v obliki črke C, ki se držijo premnika”. Členek (prikazan z svetlo rozno na spodnji renderirani sliki) vsebuje vlaknene niti, ki potekajo po licu C prereza. To mu omogoča maksimalno moč na tej ravnini, kar naredi kos močan, lahek in dovolj fleksibilen v vseh straneh. Členek bi bil lahko natisnjen v enem delu vendar je bil razdeljen na tri tako, da uporabi smer poteka vlaken, da še bolj optimizira svojo moč in fleksibilnost. Preostala dva dela, zavorne čeljusti (prikazan v vijolični barvi) in spremljevalna krmilna povezava (prikazano z rdečo), so bili prav tako zasnovani z uporabo usmerjenih vlaken. Guanova izboljšava je zmanjšala težo okvirja za 40% in naredila krmilni sestav bolj zanesljiv.
Tiskanje kosov na Mark One je vzelo približno 24 ur. Guan je nato svoj nov sestavljen model preizkusil kar s skokom na Chibi-Mikuvanov okvir, da preveri, če zdrži sile, ki jih potrebuje.
V prvi iteraciji načrta, nam Guan pojasni da je “verzija 1 glavnega nosilca upognila regijo, kjer se kos in okvir srečata, a ni nikoli zatajila...” Sponka je povzročila le večjo upogibanje koles. Po manjši spremembi načrta se je Guan še enkrat lotil testiranja.
Po testiranju je Guan mnenja, da “je glavni razlog, da se sponka ne zlomi ravno fleksibilnost najlona. Če zelo močno zavijem, se celoten okvir malce premakne. Lahko ga deformiram z 18kg sile in sestav se ne zlomi.” Fleksibilnost kosov iz najlona in steklenih vlaken omogoča, da krmilni sestav vzdrži močne udarce, kar z lahkoto prenese 5Nm navora. Prepričan o svoji zasnovi si je Guan pridirkal prvo mesto.

3D tiskan krmilni členek



Mikuvan-cad.jpg

Menjava jeklenih členov okvirja z kompozitnim materialom

Charlesova zmaga v Detroitu