Fémnyomtatott csonkállvány generatív módszerrel történő tervezése és gyártása Napjainkban kiemelt figyelmet kap a tömegcsökkentés a járműfejlesztések során, és ez fokozottan igaz a motorsportra. A mérnökök sokszor grammokért küzdenek, hogy a járművük menetdinamikai tulajdonságait tovább javítsák, és ezzel értékes másodperceket nyerjenek a versenypályán. A rohamosan fejlődő technológia pedig újabb és újabb kapukat nyit meg e cél felé. Alábbi összeállításunkban a Knorr-Bremse Vasúti Jármű Rendszerek Hungária Kft. és az Arrabona Racing Team együttműködésében megvalósult 3D fémnyomtató segítségével készült csonkállvány tanulmányát közöljük.
A Knorr-Bremse Vasúti Jármű Rendszerek Hungária Kft. azon kevés vállalat közé tartozik Magyarországon, ahol 3D fémnyomtató berendezés működik. Az eszköz képes 10-60 mikron méretű, azaz az emberi hajnál is vékonyabb alumíniumporból alkatrészeket építeni lézersugár segítségével. Több száz munkaórányi tapasztalatukból kiindulva a Knorr-Bremse szakemberei most egy különleges projekt keretében egy versenyautó csonkállványait, valamint több anyagvizsgálati próbapálcát bocsátottak a győri Arrabona Racing Team rendelkezésére. A csapat tagjai egyetemi hallgatók, akik 2014 óta fejlesztenek és építenek minden évben saját versenyautót, hogy a Formula Student bajnokság keretein belül összemérjék tudásukat a világ legrangosabb műszaki egyetemeivel. Cikkünkben egy futóműelem, a csonkállvány tömegoptimalizációján keresztül mutatjuk be, mekkora lehetőség rejlik a jelenleg elérhető leginnovatívabb tervezési és gyártási módszerek párosításában. A tervezés folyamata generatív módszerrel történt, amelynek alapja egy iterációkból álló végeselemes szimuláció, azonban az eredmények további javítása érdekében a szoftver ezt gépi tanulással és mesterséges intelligenciával kombinálja. „Ennél a metódusnál az előkészítés kapja a főszerepet: definiálni kell minden olyan tényezőt, ami a későbbiekben meghatározza majd az alkatrész geometriáját, vagy bármilyen formában kihatással lehet rá. Ide tartozik például az anyag-, illetve a megmunkálási technológiák kiválasztása, ahol lehetőség van akár több opciót is megadni, majd a generatív szimuláció során a program automatikusan válogatja össze ezeket a legoptimálisabb eredmény eléréséhez” - magyarázza Pusztay Bence, az Arrabona Racing Team mérnöke. A legkötetlenebb geometriák és ebből eredően a legkisebb tömeg 3D nyomtatással érhető el. Ez már különböző fémek esetében is egy létező megoldás, segítségével lehetőség nyílik funkcionális alkatrészek gyártására. Az előkészületek során kiemelt fontossággal bírnak a védett, illetve akadálygeometriák. A modellek felépítését a szoftver végzi, azonban tudnia kell, hogy melyek azok a geometriák, amelyeket mindenképpen tartal-
46
NEW technology
maznia kell a végleges alkatrésznek (rögzítési pontok, csatlakozó felületek stb.), illetve hová nem építkezhet például a csatlakozó alkatrészek miatt.
A fenti képeken áttetsző sárga színnel látható az egyik korábbi csonkállvány, zölddel a definiált védett geometriák (bekötési pontok, csapágyhelyek stb.), illetve pirossal ugyanezen alkatrész akadálygeometriái (kerékagy, lengőkarok stb.). A védett geometriákra lehet a későbbiekben megadni a strukturális kényszereket, illetve a lehetséges terhelési eseteket, amelyeket figyelembe véve olyan eredményeket generál majd az algoritmus, hogy a végleges alkatrész mindegyikkel szemben károsodás nélkül ellenálljon. A csonkállványok esetében alkatrészenként 5 különböző terhelést modelleztek a projekt során, amelyek a különböző futóműerőkből, kormányzásból és a fékezésből eredő erőket képezték le. Ezeknek az erőknek a meghatározása jellemzően szimuláció segítségével vagy az autón végzett konkrét mérésekkel történt. A fenti tényezők megadása után a generatív szimuláció futtatása volt a következő lépés, amely a kezdeti beállításoktól függően hozzávetőlegesen 10-15 opcionális modellt eredményezett. Ezek különböző szempontok alapján összehasonlíthatók, szükség esetén szabadon módosíthatók, hogy az esetlegesen fennmaradó feszültségcsúcsokat manuálisan redukálni lehessen. Az itt bemutatott esetben a legjobb tulajdonságokkal a 3D nyomtatott alumínium (AlSi10Mg) megoldás rendelkezett, így a munka annak a modellnek az ellenőrzésével, utómunkálásával folytatódott.
