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Diseño y fabricación de un volante para un carro de fórmula SAE

Desafíos: Desde el diseño a la fabricación, ¿cómo se puede garantizar el éxito de un modelo de volante desarrollado recientemente?

El volante a menudo se considera como uno de los elementos más críticos de un carro de carreras porque permite controlar los cambios electrónicos y la estabilización, seleccionar la tracción del vehículo y ejecutar modos de control, y le muestra información crítica al piloto. Sencillamente, sin un volante operativo, el vehículo no puede funcionar. Los estudiantes a los que se les asigne el diseño de un volante nuevo y óptimo deben poder integrar distintas disciplinas de la ingeniería, incluyendo electrónica integrada, fabricación de fibra de carbono e impresión 3D SLA.

 

 

 

Sabiendo que el diseño de un volante implica la integración de varios sistemas en conjunto, ¿cómo pueden los estudiantes optimizar el ciclo de diseño y elaborar un volante confiable dentro del plazo del proyecto?

El diseño de un volante a menudo se considera como uno de los proyectos más complejos para los equipos FSAE, ya que requiere gestionar varios subequipos, lo que puede alargar el ciclo de diseño debido a un exceso de influencias externas. De hecho, el equipo encargado de diseñar el chasis generalmente gestiona la estructura del volante, un equipo mixto dirige la manufactura, los pilotos se encargan de la ergonomía y un equipo eléctrico gestiona todos los componentes electrónicos internos. Por lo tanto, la dificultad de integrar todos estos sistemas juntos puede generar conflictos entre los subequipos e incluso causar fallos en el volante, a menos que solo un subequipo se dedique a gestionar todo el proyecto y asuma toda la responsabilidad de la elaboración del volante mientras consulta a los miembros superiores para pedirles su opinión.

Sabiendo que el volante se usará durante varios años seguidos, ¿cómo se puede desarrollar un diseño que los futuros miembros del equipo puedan comprender y mejorar?

Las herramientas necesarias para el diseño y la fabricación del volante deben ser fáciles de comprender y usar sin necesidad de capacitación exhaustiva. Las herramientas plug-and-play y las interfaces amigables facilitan la comprensión de los futuros estudiantes y los ayudan a descubrir las mejoras que pueden incorporar al diseño.

Sabiendo que distintos estudiantes conducirán el carro FSAE en los próximos años, ¿cómo se puede hacer un volante que pueda ser personalizada por cada piloto?

Con el fin de optimizar la ergonomía efectivamente, los pilotos tienen la oportunidad de esculpir sus propias empuñaduras con arcilla para modelar. Luego, estas empuñaduras ajustables personalizadas se pueden escanear, procesar e imprimir usando poliuretano termoplástico (TPU), flexible, pero robusto. Para lograrlo, los equipos de diseño y fabricación emplean escáneres 3D portátiles de alta resolución rápidos y fáciles de usar.

 

Generación de una malla en tiempo real mientras se lleva a cabo el escaneado 3D
Volante de carro antes y después del escaneado 3D

 

Soluciones: Tecnologías de escaneado 3D de alta resolución, portátiles, rápidas y fáciles de usar

  • La velocidad se define como la capacidad de generar mallas en tiempo real que ya han sido aligeradas y procesadas, y se encuentran listas para integrarlas sin problemas al software CAD o de impresión 3D preferido del estudiante.
  • La portabilidad es posible gracias a la referencia dinámica, que permite que tanto la pieza como el instrumento se puedan mover libremente al realizar la medición. De esta manera, el escaneado 3D puede llevarse a cabo en el laboratorio de diseño e innovación, en el aula o en el taller automotor sin afectar el rendimiento.
  • La simplicidad está representada por dispositivos plug-and-play e interfaces amigables que le permiten al equipo FSAE conocer con facilidad el escaneado 3D y aprender a realizar escaneados 3D.
  • Los escáneres de alta resolución están formados por cámaras precisas para la adquisición de geometrías y cámaras a color para la adquisición de texturas, y les brindan a los equipos de diseño y fabricación la calidad de escaneado necesaria para visualizar y caracterizar los detalles más finos de las empuñaduras personalizadas.

Los escáneres 3D de grado de metrología, tales como el HandySCAN 3D™ o el Go!SCAN 3D™, así el paquete de software educativo Creaform ACADEMIA™ son buenos ejemplos de estas soluciones de escaneado portátil, de alta resolución, rápidas y fáciles de usar.

Beneficios: Con velocidad, simplicidad, alta resolución y portabilidad, el equipo FSAE tiene un nuevo volante a tiempo para la carrera

El volante no solo estuvo listo a tiempo para la competencia, sino que, también, se ahorró tiempo durante las fases de diseño y fabricación. Las tecnologías de escaneado 3D y la fabricación aditiva contribuyeron a conseguir los siguientes beneficios, que son esenciales para lograr los objetivos fijados por el equipo FSAE:

  • Suficiente robustez para soportar años de uso: Las pruebas de simulación y torsión preliminares les permitieron a los alumnos concluir que, tanto las piezas de fibra de carbono como las piezas impresas en 3D podían soportar las cargas máximas requeridas durante las carreras y, aun así, seguir usándose durante varios años posteriormente.
  • Fácil de ensamblar: Gracias al escaneado 3D, los estudiantes pudieron extraer información dimensional del volante actual (y del entorno del carro) y representarla como una malla instantánea. De esta manera, pudieron ajustar las piezas nuevas en el montaje con facilidad.
  • Personalizable por cada piloto: Los pilotos pudieron modelar sus manos con arcilla que luego se escaneó, se imprimió en 3D y se ensambló fácilmente, lo que hizo que el volante fuera adecuado para la palma específica de la mano del piloto que usaría el volante en la carrera.
  • Facilidad para que los futuros miembros del equipo puedan comprender y mejorar el diseño: Puesto que los escáneres 3D elegidos eran sencillos y fáciles de usar, el escaneado de objetos sin preparación estuvo dentro del alcance de todos los estudiantes sin importar su experiencia o habilidades.

 

Wisconsin Racing y el Laboratorio de Exploración

Wisconsin Racing es una organización de ingeniería colegiada que compite internacionalmente contra 140 equipos FSAE. Durante los últimos 30 años, Wisconsin Racing ha dominado los más altos niveles de esta competencia y ha dado lugar a toda una generación de ingenieros destacados.

John Ryan, líder del Subequipo de Electricidad y diseñador de volantes, describe la contribución de las soluciones de escaneado 3D de Creaform de la siguiente manera: “Tener acceso a una estupenda herramienta de escaneado como el HandySCAN 3D™ hizo posible crear escaneados precisos y personalizados basados en las preferencias ergonómicas del piloto. En mi experiencia, la satisfacción del piloto es un elemento crítico del diseño de vehículos. Y los pilotos felices consiguen tiempos de vuelta más rápidos”.

El Laboratorio de Exploración, un espacio de diseño e innovación de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Wisconsin-Madison, les da la bienvenida a los estudiantes de ingeniería con distintos tipos de proyectos, tales como el Equipo de Carreras de Wisconsin.

Puesto que los escáneres 3D son manejados en su mayoría por los estudiantes, el director del Laboratorio de Exploración, Lennon Rodgers, afirma que los criterios más importantes que usaron al comprarlos se basaron en que la tecnología elegida fuera “muy fácil para el uso de los estudiantes y muy portátil”.

De acuerdo con Rodgers, ahora el Laboratorio de Exploración está equipado con un HandySCAN 3D™ que se distinguió de la competencia gracias a su “portabilidad, resolución, velocidad, facilidad al usar el software y un hardware acorde a las normas del sector”. De hecho, el equipo descubrió que la portabilidad y la resolución que necesitaban SOLO se puede encontrar en los productos Creaform.

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