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Conception et fabrication d'un volant pour une voiture formula sae

Défis : Comment garantir le succès d'un modèle de volant nouvellement développé de la conception à la fabrication ?

Le volant est souvent considéré comme l'un des éléments les plus critiques d'une voiture de course, car il commande le changement de vitesse électronique et l'anti-roulis, sélectionne les modes de contrôle de traction et de lancement du véhicule et affiche des informations critiques pour le pilote. Autrement dit, sans volant fonctionnel, le véhicule ne peut pas rouler. Les étudiants chargés de concevoir un nouveau volant optimal doivent être capables d'intégrer un certain nombre de disciplines d'ingénierie différentes, y compris l'électronique embarquée avancée, la fabrication de fibre de carbone et l'impression 3D SLA.

 

 

 

Sachant que la conception d'un volant implique l'intégration de plusieurs systèmes, comment les étudiants peuvent-ils optimiser le cycle de conception et réaliser un volant fiable dans le délai imparti du projet ?

La conception d'un volant est souvent considérée comme l'un des projets les plus complexes pour les équipes FSAE car elle nécessite la gestion de plusieurs sous-équipes, ce qui peut allonger le cycle de conception en raison d'une trop grande influence externe. En effet, une équipe responsable du châssis gère généralement la structure du volant, une équipe de composite gère la fabrication, les pilotes s'occupent de l'ergonomie, et une équipe de l'électrique s'occupe de toute l'électronique interne. Par conséquent, la difficulté d’intégrer tous ces systèmes ensemble peut générer des conflits entre les sous-équipes et même conduire à la défaillance du volant ; sauf si une seule sous-équipe est dédiée à la gestion de l'ensemble du projet et assume l'entière responsabilité de l'achèvement du volant tout en consultant les membres seniors pour obtenir leurs avis.

Sachant que le volant sera utilisé pendant plusieurs années ultérieures, comment peuvent-ils développer une conception que les futurs membres de l'équipe pourront comprendre et améliorer ?

Les outils nécessaires à la conception et à la fabrication du volant doivent être faciles à comprendre et à utiliser, sans avoir besoin d'une formation approfondie. Les outils plug-and-play et les interfaces conviviales facilitent la compréhension des futurs étudiants et les aident à découvrir les améliorations qu’ils peuvent ajouter à la conception.

Sachant que différents élèves conduiront la voiture FSAE dans les années à venir, comment le volant peut-il être personnalisé pour chaque pilote ?

Pour vraiment optimiser l'ergonomie, les pilotes ont la possibilité de sculpter leurs propres poignées à partir de moulage d'argile. Ces poignées personnalisées peuvent ensuite être numérisées, traitées et imprimées à l'aide d'un polyuréthane thermoplastique (TPU) flexible mais robuste. Pour ce faire, les équipes de conception et de fabrication utilisent des scanners 3D portables rapides, faciles à utiliser et à haute résolution.

 

Maillage en direct sur ordinateur pendant la numérisation 3D
Volant de voiture - Avant et après la numérisation 3D

 

Solutions : Technologies de numérisation 3D rapides, faciles à utiliser, haute résolution et portables

  • La vitesse est définie comme la capacité de générer un maillage en temps réel, qui est déjà allégé et traité et prêt à être intégré de manière transparente dans le logiciel de CAO ou d'impression 3D préféré des étudiants.
  • La portabilité est rendue possible grâce au référencement dynamique, où la pièce et l'instrument peuvent se déplacer librement pendant la mesure. De cette façon, la numérisation 3D peut être réalisée dans le laboratoire de conception et d'innovation, dans la salle de classe ou dans l'atelier automobile, sans affecter les performances.
  • La simplicité est illustrée par des appareils plug-and-play et des interfaces conviviales qui permettent à l'équipe FSAE d'apprendre facilement la numérisation 3D et d'effectuer des numérisations 3D.
  • Les scanners haute résolution sont constitués de caméras précises pour la géométrie et de caméras couleur pour la texture ; ils fournissent aux équipes de conception et de fabrication la qualité de numérisation nécessaire pour visualiser et caractériser les moindres détails des poignées personnalisées.

Les scanners 3D de qualité métrologique, tels que le HandySCAN 3D ou le Go!SCAN 3D, ainsi que la suite pédagogique Creaform ACADEMIA sont de bons exemples de ces solutions de numérisation portables rapides, faciles à utiliser et à haute résolution.

Avantages : Avec la vitesse, la simplicité, la haute résolution et la portabilité, l'équipe FSAE dispose en temps voulu d’un nouveau volant pour la course

Non seulement le volant était prêt à temps pour la course, mais il a également été possible de gagner du temps lors des phases de conception et de fabrication. Les technologies de numérisation 3D et la fabrication additive ont contribué à apporter les avantages suivants, qui sont essentiels pour atteindre les objectifs fixés par l'équipe FSAE.

  • Suffisamment robuste pour supporter des années d'utilisation : Des simulations préliminaires et des tests de torsion ont permis aux étudiants de conclure que la fibre de carbone et les pièces imprimées en 3D pouvaient supporter les charges maximales requises pendant la course et être utilisées pendant plusieurs années ultérieures.
  • Facile à assembler : Grâce à la numérisation 3D, les élèves ont pu extraire des informations dimensionnelles du volant actuel (et de l'environnement de la voiture) et les représenter comme un maillage instantané. De cette façon, ils ont pu facilement insérer les nouvelles pièces dans l'assemblage
  • Personnalisable pour chaque pilote : Les pilotes ont pu modeler leurs mains avec de l'argile, qui a ensuite été numérisée, imprimée en 3D et facilement assemblée, ce qui rend le volant adapté à la paume spécifique du pilote qui prend le volant lors d’une course.
  • Facile à comprendre et à améliorer pour les futurs membres de l'équipe : Étant donné que les scanners 3D choisis étaient simples et faciles à utiliser, la numérisation d'objets sans préparation était à la portée de tous les étudiants, quelles que soient leur expérience et leurs compétences.

 

Le Wisconsin Racing et le Makerspace

Le Wisconsin Racing est une organisation d'ingénierie collégiale qui rivalise internationalement contre 140 équipes FSAE. Au cours des 30 dernières années, le Wisconsin Racing a dominé les plus hauts niveaux de cette compétition et a produit une génération d'ingénieurs exceptionnels.

John Ryan, chef de la sous-équipe électrique et concepteur du volant, décrit la contribution des solutions de numérisation 3D Creaform comme suit : « L'accès à un formidable outil de numérisation, tel que le HandySCAN 3D, a permis de créer des numérisations précises et personnalisées des préférences ergonomiques du pilote. D'après mon expérience, la satisfaction du conducteur est un élément essentiel de la conception d'un véhicule. Et les pilotes heureux produisent des temps chronométrés plus rapides. »

Le Makerspace, un laboratoire de conception et d'innovation du College of Engineering de l'Université du Wisconsin — Madison, accueille des étudiants en génie avec différents types de projets, comme l'équipe du Wisconsin Racing.

Comme les scanners 3D sont principalement manipulés par les étudiants, le directeur de Makerspace, Lennon Rodgers, a déclaré que leurs critères d'achat les plus importants étaient que la technologie choisie soit « très facile à utiliser pour les étudiants et très mobile ».

Le Makerspace est maintenant équipé d'un HandySCAN 3D, qui se distingue de la concurrence en raison de sa « portabilité, résolution, vitesse, facilité d'utilisation des logiciels et du matériel standard de l'industrie », selon Rodgers. En fait, l'équipe a constaté que la portabilité et la résolution dont ils avaient besoin NE pouvaient être trouvées QU’avec les produits Creaform.

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