在3D打印机和CNC机器上生产赛车。 俄罗斯的学生，赛车和数字制作

朋友您好！ 瓦西里·基瑟列夫 （ Vasily Kiselev）与您一起，这是我有关数字生产的3D视频博客，今天我们将参观MGTU im。 鲍曼（Bauman）与学生工程和赛车队鲍曼赛车队（Bauman Racing Team）一起，在业余时间学习，制造这种赛车，并参加国际学生方程式赛车。



这种技术奇迹的创造者使用数字化生产工具： 3D建模 ， 扫描 ，过程仿真，在CNC 机器和3D打印机上创建了设备的许多单元。 没有所有这些，就根本不可能在发生这些竞赛的国际舞台上竞争。

好吧，您准备好确切了解这款车的设计方式了吗？
来吧！





鲍曼赛车队队长丹尼斯·萨尔兹曼与我们一起：



方程式学生赛是一项不寻常的竞赛，包括学生生活竞赛。 国际比赛，设计-这不仅是一个赛车项目，而且主要是教育性的。



学生学习，学习“从A到Z”-什么是生产，什么是项目以及如何进行，如何管理。



如果我们谈论比赛，那不仅是一场比赛，它是一组动态测试，耐力赛和静态测试，包括项目介绍以及有关应用的技术解决方案和生产计划以及成本计算的故事。



项目参与者研究生产并为未来做准备，以便他们积极参与生产过程-这就是吸引赞助商的原因。



汽车的开发是通过数字化生产进行的，但是我们的总工程师Pavel Mikhailov会告诉您这一点。



Pavel Mikhailov-BRT首席工程师：

我们在汽车生产中使用了许多不同的软件。 这辆车是在SolidWorks程序中组装的，对于工作的组织，我们使用SolidWorks PDM，即我们有一组系统，它们结构合理，每个系统都有一些子系统，而且由于使用了PDM，所以没有问题，因此使用足够多的计算机上的一个程序集工作。

这是汽车的装配图：



设计本身从布局模型开始，通过该模型，我们可以确定重量分布，质心的高度，围绕水平和垂直轴的惯性矩。



例如，我们使用专门的软件-开发悬架，使用OptimumKinematics程序，它看起来像这样。



在其中，我们可以开发悬架的运动学。 我们还可以模拟其中的运动，并以表格或图形的形式获取某些几何参数。

为了验证结构强度，我们使用了许多程序，例如ANSYS。 我们还使用Siemens NX。



我们在HyperMesh程序中进行了大量计算，主要是在复合设计上。



我们在设计阶段使用3D扫描，以便将现有的零件放置在项目中，例如，在新车的装配中使用引擎的扫描模型。



为了将所有元素连接到它，这是必需的。 我们购买了一个引擎，但是我们自己做了很多修改。 在设计时，我们使用坐标测量机来准确确定所有连接节点的位置。 我们重新开发了许多细节。 例如，发电机盖。



我们没有标准的生成器，我们不得不使用刻录的模型来开发，打印和投射此类细节。

当然，我们也应用拓扑优化。 一个例子是我们汽车的转向节，因此它会进行拓扑优化。



之后，解释该模型并获得用于激光切割，弯曲和焊接的数字模型。 由于这些操作非常精确，因此之后的零件可以简单地组装和缩放。 砂浆轴承座已经在工厂用常规车床加工过，尽管原则上也可以在CNC机床上完成，但这已不再必要。

开发人员免费向大学提供大多数程序的许可，例如SolidWorks和Siemens NX。 最近，我们获得了EPLAN计划许可证，由我们的电工来设计所有布线。

团队电工帕维尔（Pavel）：



从今年开始，我们开始使用EPLAN提供的名为Harness proD的特殊软件包设计汽车的所有电子设备。

这使您可以根据方案预先计算所有导线的长度。



将电线铺设在三维图中，我们生成我们的工程图，即装配面板，该面板可直接用于装配布线。



所有电线的长度和绝缘都将提前知道，这将有助于避免错误。 这极大地简化了设计和制造。



我们花了大约3-4个月的时间来设计汽车的布线，这对于这么多的组件和该程序的首次使用非常有用。



我们还设计板。 我们有自己的变速箱控制单元。



今年，我们开发了一些有趣的东西，例如用于传感器和热电偶的扩展器-Can Multiplexer允许您将更多传感器连接到我们的发动机控制单元并获得更多信息。 这在进行大量测试并确定任何错误时对我们有很大帮助。

我们还有其他定制板。 它们是：控制发动机百叶窗，控制DLS系统，控制机翼轮廓。



考虑到速度和加速度传感器的读数，机翼是自动控制的。

丹尼斯·萨尔兹曼（Denis Salzman）：

在俄罗斯和国外进行比赛有什么区别？ 通常，在俄罗斯，他们试图遵守公认的规定的所有要点。



因此，尽管未像其他国家/地区那样，俄罗斯一级方程式赛车的学生也未获得官方认可，但法规的要求要稍微温和一些。 现在在俄罗斯，全国大约有20个FS团队，并且他们的数量正在增长，这个项目正在扩大。



国外的每一所自负自强的技术大学都拥有自己的同类团队，其中有许多不止一个-电动车类中有团队，无人驾驶中有团队，我们也在考虑根据我们的一种汽车模型开发无人驾驶汽车。



帕维尔·米哈伊洛夫（Pavel Mikhailov）：

现在，我将展示我们如何生产汽车。



在这里，我们收集了汽车的一些小元素。 在此，例如直接通过3D打印生产的方向盘衬里。



我们先制作一些3D打印的零件，然后尝试用金属制作零件本身的原型。 这样既节省时间又节省金钱。


有直接在3D上打印的加载零件，例如散热器安装架。 还有大量卸载的印刷元件，例如电子设备外壳和其他零件的支架。

在以前的汽车中，我们使用SLM技术打印了进气歧管，我们正在考虑3D打印和其他元素的可能性。

越来越多的设备可以使用高强度和耐热的结构塑料进行打印。 它们变得比以前更便宜，更实惠。 现在已经可以购买可以使用结构塑料进行打印的打印机，价格为300-400千。

帕维尔：

当然，我们将使用此类技术。 现在，如果零件是负责任的并且太复杂而无法在router刨机上制造，我们可以采用铝铸造。



为此，我们在打印机上预打印主模型，将其填充石膏，然后燃烧以获得注塑模。 铸造铝是一种很好的技术，但是当在自重下铸造时，铝会引起诸如下陷，收缩等缺陷。 3D金属打印消除了这些问题，但是到目前为止我们还无法使用。

在这里，我们用复合材料制造产品。 我们使用碳纤维和玻璃纤维，树脂和基质-我们还在3D打印机上打印用于小零件的基质。



原来表面整洁漂亮。



我们还生产三层面板。 例如，这里是用于研究材料特性的测试样品。 该面板重量轻，可以承受一吨半的负荷。



我们计划在未来机器的支撑结构中使用此类面板。 两侧有几层碳纤维，内部有铝蜂窝。



事实证明，它是一种坚固而轻巧的夹心板。

对于几乎所有复合材料的生产，我们都使用真空灌注技术。 我们将复合材料分层放入袋子中，从一侧抽出空气，从另一侧开始注入树脂。 大气压在树脂聚合过程中压缩工件，并且非常耐用。



我们还使用预浸料-预浸纤维。 这有助于减轻结构的重量。 我们的2017年汽车没有驾驶员就重190公斤。 下一个应减轻3-4公斤的重量。 在世界舞台上，用类似的预算制造的这种火球很少。

根据天气情况，车辆会在4.1-4.2 s内加速至100 km / h。



在这里，我们有一个用于生产机翼轮廓的矩阵。 它是使用CNC机器由模型塑料制成的。



这样的矩阵比3D打印的矩阵贵得多-塑料昂贵，加工也不便宜，但并非总是可以打印足够大且满足其他要求的矩阵-有些零件必须在烤箱中高温烘烤，普通塑料对此并不十分友好，您必须使用专门的塑料。

丹尼斯：

我们是一个非常开放的团队，几乎可以接受鲍曼卡学生并且具有相关兴趣和知识的任何人。 留在团队中，加入团队比较困难。



在FS的莫斯科阶段，我们分别于2015年和2016年两次获得第一名。 在国际舞台上更加困难-我们在欧洲比赛中从80-100占据了第40位。 有成长的地方，有为之奋斗的地方。



FS莫斯科站比赛通常在9月至10月举行，以加油。



“克里米亚”项目是由BRT开发的青年跑车。



在未来的几年中，它计划按系列推出。



一个可行的原型已经存在。



我们要使这辆车负担得起，它将花费高达80万卢布。

帕维尔：

在这个房间里，我们用金属加工-我们看到，切割，磨削。



这是一种特殊的焊接台，配备了一组设备，可让您根据模型准确地在其上设置管道。



在它上面您可以看到我们2016年赛季汽车的框架，我们正在努力测量其刚度，以便更准确地验证我们的计算模型，这将有助于将来更精确地考虑此类问题。

车架是混合动力车-它同时使用了Khotkovo工厂制造的钢管和碳纤维管。 进口替代的一个很好的例子。



它们连接到钢管，钢管主要是为了打结而必需的。 这使我们可以大大简化设计，从这样的框架上节省大约7公斤。 稍微降低其扭转刚度，但略有降低。

我们还使用复合板。 例如，踏板安装在三层复合板上，踏板是汽车的相当重的元素，尤其是制动踏板，制动时，踏板不仅由于惯性而消耗了驾驶员的肌肉力量，还占了部分重量。 根据规定，制动踏板必须承受至少200千克的重量，并且制动踏板性能完美。



我们有机械臂。 它将铣削我们的尺寸矩阵，例如用于车身套件或单体车，这几乎是整辆汽车的尺寸。

组装好框架并连接所有节点后，即可进行测试。 例如，在汽车完全组装好之前，我们会经历一些事情-我们有测试发动机的支架。 但是Ivan小组的主要引擎操作员会更好地谈论这一点。

伊万：

我们在燃料工厂的实验室旁边有一个吹扫站。



在吹扫台上，我们吹扫进气系统的元件，测量阻力并改善它们。 在加油站，员工正在测试新的燃油系统。

这是净化台。 在这里，我们看到了气缸盖。



从这里开始，使用计算机和专用服务器控制所有设备。



在这里，我们可以说一个经典的测试套件。



该支架能够使发动机加速并在很宽的范围内测量其功率和扭矩，以及测量其他参数。 支架的功率约为800 hp。



在此框中，安装了Formula Student电动机。 这仅是发动机，而不是整个发电厂，它还包括进气系统，中冷器，涡轮增压器，带空气流量限制器的限流器和排气系统。



发动机工厂，但几乎所有细节都由我们确定。 增加了传感器，更改了一些输出，更换了蜡烛和线圈，对汽缸盖，曲轴箱进行了改进，我们完全开发了一些零件，例如进气零件，发电机盖，冷却系统零件，机油系统零件-从头开始做了很多工作。



这是我们的中冷器。 它还具有几乎所有自定义部件。



这是碳，这是铝入口。 我们还想用碳制成进气口，但是在强烈加热的同时，从数个大气压到低于大气压的压降会使零件变形。



冷却系统和其他组件中的许多零件也由碳制成。



太酷了，有这样的项目。 尤其令人惊奇的是，这不是在斯图加特或底特律发生，而是在俄罗斯。 令人鼓舞的是，该项目涉及100％数字化生产工具-从设计到最终零件的制造。



所有热心工作的普通学生都可以做到这一点。 他们正在为他们的项目寻找赞助商。 如果您有兴趣并想为他们提供帮助，请注意最后的联系方式。



在这个问题上告一段落。 今天是非常繁忙的一天。


顶级3D商店首席执行官兼创始人Vasily Kiselev
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电子邮件：sales@top3dshop.ru
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