3D-сканеры SMARTTECH помогли в создании первого польского суперкара

Проект первого польского суперкара Arrinera Hussarya с самого начала вызывал эмоции и вселял надежды в то, что польская автомобильная промышленность вернет свою былую славу. Изготовление работающих опытных образцов, которые одновременно достигали бы уровня спортивного автомобиля, требует высокой точности и надежности.В отличие от большинства современных польских автомобильных проектов, Arrinera Hussarya строится «с нуля». Все детали кузова, двигателя и салона – несмотря на то, что в них часто используются проверенные технологии – перепроектированы не только для того чтобы соответствовать всем требованиям, но и чтобы обладать эстетикой суперкара.

Обратное проектирование сокращает издержки производства

Перепроектирование суперкара – не только продолжительный, но и чрезвычайно дорогостоящий процесс. Инженеры компании «Arrinera» долго искали способы ускорить разработку и уменьшить затраты. В конечном счете, они решили воспользоваться обратным проектированием, которое представляет собой процесс реконструкции технической документации существующего элемента с целью его перепроектирования. С помощью профессионального 3D-сканера SMARTTECH инженеры, работающие над суперкаром, добились возможности быстро получать исчерпывающую информацию о геометрии деталей автомобиля. Отличный пример возможностей технологии 3D-сканирования – процесс проектирования и изготовления картера сцепления.

Не секрет, что сцепление в спортивных автомобилях подвергается совершенно другим нагрузкам, чем обычное сцепление в стандартном автомобиле. Момент величиной 810 Н•м требует использования не только надежной, но и легкой конструкции сцепления. 3D-сканер позволяет получать техническую документацию картера, уже имеющегося на рынке, и перепроектировать его в программных средствах САПР с целью установки креплений, смонтированных на конструкции автомобиля.

Будущее 3D-сканирования за зеленым светом

Для выполнения точных измерений использовался 3D-сканер MICRON3D Green («зеленый») с 10-мегапиксельным детектором. Технология на основе зеленого светодиодного света позволяет выполнять измерения с достижением результатов на 30 % лучше, чем при использовании 3D-сканеров с белым светом. Имея поле зрения 800x600 мм, 3D-сканер получает облако точек, представляющее сканируемую форму с точностью до 0,084 мм.На практике это означает, что за одно измерение можно сканировать участок размером 80x60 см. В отличие от других решений, имеющихся на рынке, 3D-сканеры SMARTTECH постоянно калибруются на один объем сканирования. Это решение предоставляет пользователю возможность приступать к работе без потребности в калибровке устройства. Таким образом, не только достигается экономия времени, но и устраняется проблема калибровки, влияющей на точность.

Профессиональный 3D-сканнер MICRON3D Green также прошел метрологическую сертификацию в соответствии с немецким стандартом VDI/VDE 2634, что позволяет компании «Arrinera» быть уверенной в том, что погрешность измерения не превысит величин, указанных в сертификате точности устройства.

3D-сканеры – метрологические устройства

Измерения, выполняемые 3D-сканером SMARTTECH, основаны на проекции шаблонов на измеряемую поверхность. Шаблоны деформируются в зависимости от кривизны и регистрируются детектором, встроенным в измерительную головку. Устройство измеряет только поверхности, видимые для детектора. Чтобы получить исчерпывающую информацию о геометрии со всех углов, объект требуется сканировать, используя поворотный стол. Допустимая нагрузка поворотного стола – свыше 300 кг, а диаметр – 50 см, что достаточно для выполнения полных измерений большинства деталей автомобиля. Изображение с детектора затем преобразуется в облако точек благодаря специальному программному алгоритму. Каждая из точек содержит информацию о геометрии, описанную в координатах X, Y, Z. Эта информация после дополнительной обработки может использоваться для контроля качества или, как в случае с компанией «Arrinera», для перепроектирования и фрезерования модели на станке с ЧПУ.

В зависимости от разрешения, количество точек в облаке, полученном в одном измерении, может составлять от 5 до 10 млн – 5 или 10 мегапикселей соответственно. Количество мегапикселей влияет на степень детализации, полученную с конкретного объекта. В случае «Arrinera» использовался 3D-сканер с 10-мегапиксельным детектором, так как требовалось точно воспроизвести края измеряемого объекта.Картер муфты был отсканирован с двух сторон, что позволило получить два облака точек. Для каждого облака точек было выполнено шесть отдельных измерений. Используя объединенный с 3D-сканером поворотный стол, отдельные измерения были предварительно совмещены. Альтернативный вариант состоит, например, в использовании маркеров позиционирования.

Совмещение облаков точек в программе «SMARTTECH3Dmeasure»

По окончании процесса сканирования имеется возможность преобразовать облако точек в треугольную сетку. Для этого используется программа «SMARTTECH3Dmeasure». Эта программа входит в комплект каждого 3D-сканера SMARTTECH. Перед началом преобразования необходимо совместить результаты измерений.Для совмещения использовался «трехточечный» метод, где выбирались три общие точки для обоих облаков точек. На этой основе программа автоматически определяла положение результатов относительно друг друга. Цель состояла в том, чтобы получить облако точек, полностью представляющее сканированный объект. Использование поворотного стола существенно облегчало операцию совмещения результатов, так как он обеспечивал разделение на две группы точек, представляющие каждую из сторон.

Перед началом преобразования облака точек в треугольную сетку необходимо было воспользоваться функцией «Global alignment» («Глобальное совмещение»), которая, основываясь на положении точек, точно совмещает все облака точек друг с другом. На этом этапе требуется устранить перекрытия, то есть перекрывающиеся области различных измерений.После этих действий облако точек преобразуется в треугольную сетку. Для компании «Arrinera» был выбран формат STL, который является наиболее распространенным форматом для треугольных сеток благодаря его совместимости с 3D-принтерами и фрезерными станками. Треугольная сетка может также использоваться для моделирования в САПР. Компания «Arrinera» подготовила и настроила САПР-модель, после чего направила ее в программу, управляющую станком с ЧПУ. Применение 3D-сканирования не только уменьшило нагрузку на бюджет компании, но и позволило оперативно изготовить специализированную деталь.

3D-сканирование крупных объектов с использованием маркеров позиционирования

Из-за размеров объектов 3D-сканирование на поворотном столе в измерительной лаборатории возможно не всегда. В такой ситуации можно выполнить измерения на производственной линии благодаря альтернативному методу, использующему маркеры позиционирования. Этот метод рассматривается во втором примере. В ходе изготовления первого образца часто оказывается, что несмотря на длительный процесс проектирования, не все детали в точности таковы, как планировалось первоначально.Инженеры компании «Arrinera» столкнулись с этой проблемой. Левый лонжерон автомобиля был адаптирован с целью оптимизации конструкции. Чтобы сохранить симметрию автомобиля, лонжерон с другой стороны требовалось выполнить точно таким же по форме. Обычные методы измерений, использованные компанией «Arrinera», не позволяли получить полную геометрию, поэтому было решено использовать технологию 3D-сканирования SMARTTECH.

Использование сканера MICRON3D Green в производственном цеху возможно благодаря корпусу, выполненному из углеродного волокна. Защита ценного салона обеспечивается фильтром класса F7. Прочный корпус обеспечивает не только надежность, но также стабильность и высокое качество измерений. Кроме того, внутренняя амортизационная система подавляет вибрации, способные повлиять на точность результатов.

Геометрические данные имеющегося лонжерона были собраны непосредственно с физического прототипа. Автомобиль Arrinera Hussarya стоял на платформе, и доступ к обвязочному брусу преграждала дверь автомобиля. Так как размеры обвязочного бруса значительно превышали поле зрения 3D-сканера, необходимо было использовать очень полезную функцию сканирования с маркерами позиционирования.Метод измерения с использованием маркеров основан на креплении к сканируемому объекту специальных маркеров позиционирования. Программное обеспечение «SMARTTECH3Dmeasure», управляющее 3D-сканером, обнаруживает пять общих маркеров позиционирования между двумя отдельными измерениями, а затем совмещает их. Оператор 3D-сканера имеет полный обзор своей работы и может легко добавлять сканированные изображения оставшихся частей лонжерона. Острый угол между проектором и детектором позволяет, несмотря на громоздкие ручные ограничения, получить большой объем данных о геометрии.

Результатом 3D-сканирования с маркерами позиционирования является предварительно совмещенное облако точек. Дальнейшая дополнительная обработка в программном обеспечении 3D-сканера SMARTTECH выполняется каждый раз аналогичным образом благодаря его интуитивно-понятной конструкции и возможностям автоматизации отдельных операций. В этом случае необходимо также создать эталонную САПР-модель в программе «Geomagic Design X», используемой компанией «Arrinera». Данная модель совместима с резальными и гибочными станками, используемыми для изготовления необходимых деталей.

Наличие САПР-модели заданного элемента позволяет использовать технологию 3D-печати для быстрого создания опытных образцов. Компания «Arrinera» выбрала решение, предложенное компанией «OMNI3D» (г. Познань), специализирующейся на крупногабаритной 3D-печати по технологии FDM.

Процесс проектирования требует быстрого усовершенствования компонентов, поэтому требуется изготовление не одного, а нескольких опытных образцов любой конкретной детали. Решение этой задачи традиционными методами требует много времени и связано с высокими издержками производства.Компания «OMNI3D» напечатала для «Arrinera» такие детали, как корпуса зеркал и воздухозаборники в масштабе 1:1. Это позволило производителям суперкара не только быстро изготавливать опытные образцы, но и использовать детали, изготовленные из ABS-пластика, при сборке суперкара. Благодаря использованию 3D-принтера компании «Arrinera» удалось снизить вес деталей, что особенно важно для суперкара, где вес – один из ключевых факторов при принятии решений о том, устанавливать ли определенный элемент.

Проектирование и изготовление первого гоночного автомобиля – сложная задача не только в техническом, но и в финансовом отношении. 3D-технологии обеспечивают как снижение затрат, так и необходимую точность в ходе сбора данных, создания опытных образцов и наладки производства. Благодаря использованию 3D-технологий компания «Arrinera» смогла существенно ускорить процесс создания опытных образцов и сократить время, необходимое для их производства.

Материал для публикации предоставлен компанией SMARTTECH.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.