Kako smo s pomočjo 3D-skeniranja, vzvratnega inženirstva in 3D-frezanja izdelali kalupe za oklepe motorjev? Ker se ti oklepi trenutno izdelujejo izključno ročno, podjetje Karbonin pa želi slediti najmodernejšim trendom mehanske proizvodnje orodij, so se v podjetju odločili, da v sodelovanju s TECOS-om izvedejo pilotni projekt izdelave prototipnih orodij s frezanjem.
Avtorja: Luka Botolin, TECOS, in Peter Kuduz, Karbonin d.o.o.
UVOD
Karbonin je slovensko podjetje, ki proizvaja vrhunske oklepe za motorje. Njihove proizvode uporabljajo ekipe na svetovnih prvenstvih Superbike, Supersport, Endurance, v nemškem prvenstvu IDM, britanskem SBK in ostalih nacionalnih prvenstvih, prav tako pa jih ljudje nameščajo tudi na svoje zasebne motorje, zato morajo biti oklepi izdelani tako, da se na njih lahko namestijo tudi luči, nosilec števca, ogledala …
Karboninovi oklepi so narejeni iz steklenih in ogljikovih vlaken. Vlakna nastopajo kot veziva in se polagajo v obliki tkanine v kalupe, kot polnilo se uporabljajo epoksi smole. Njihove izdelke odlikujejo natančna izdelava, odličen videz in predvsem nizka teža. Ker se ti oklepi trenutno izdelujejo izključno ročno, podjetje Karbonin pa želi slediti najmodernejšim trendom mehanske proizvodnje orodij, so se v podjetju odločili, da v sodelovanju s TECOS-om izvedejo pilotni projekt izdelave prototipnih orodij s frezanjem. Za pilotni projekt nam je služil motor YAMAHA YZF-R6.
Najprej smo z optičnim skenerjem na strukturirano svetlobo poskenirali vse serijske oklepe na motorju, nato pa še cel motor brez oklepov. Tako smo dobili vse zunanje gabarite motorja ter vsa priključna mesta za montažo novih oklepov. Na podlagi dobljenih skeniranih podatkov smo izvedli vzvratno inženirstvo oklepov. To je bila osnova za izdelavo prototipnih orodij.
V študiji primera je podrobneje predstavljen nov koncept izdelave oklepov z vsemi prednostmi in slabostmi.
- ROČNA IZDELAVA OKLEPOV
Trenutno se oklepi motorjev izdelujejo tako, da se na motorju najprej vzame odtis oklepov, da dobimo negativ plastičnih originalov. S pomočjo teh negativov izdelamo nove oklepe in jih ponovno namestimo na motor. Na motorju jih potem preoblikujemo v športne oklepe.
Športne oklepe je treba izdelati tako, da se ohrani osnovni dizajn motorja ob upoštevanju vseh predpisov, ki jih narekujejo standardi za dirkanje. Prav tako je treba slediti vsem zahtevam za izdelavo orodij za izdelke iz steklenih in ogljikovih vlaken (delitve orodij, zaprtje lukenj, poenostavitve na ostrih prehodih in globokih detajlih zaradi polaganja tkanine …).
Ko so takšni športni oklepi na motorju izdelani, jih uporabimo za izdelavo orodij. Takšna orodja nam potem služijo za izdelavo izdelkov iz steklenih in karbonskih vlaken.
- MEHANSKA PROIZVODNJA ORODIJ ZA OKLEPE MOTORJA
3D-skeniranje motorja
3D-skeniranje smo izvedli z GOM-ovim skenerjem na strukturirano modro svetlobo ATOS CS 5M z merilnim volumnom 600*450*450 mm (Slika 1). Izhodni podatek skenerja je oblak točk oz. STL format (Slika 2).
Najprej smo poskenirali celoten motocikel YAMAHA YZF-R6 z originalnimi oklepi. Nato smo oklepe sneli in se posvetili skeniranju motorja še brez oklepov.
Na ta način smo dobili vsa priključna (montažna) mesta za oklepe. Sledila je demontaža standardnega izpuha in standardnega hladilnika ter montaža športnega hladilnika in športnega izpušnega sistema Akrapovič. Ko smo ju namestili, smo motor skenirali še brez oklepov v dirkaški verziji. Vse te skene smo potrebovali, da smo lahko 3D-modele novih oklepov priredili tako, da je možna montaža novih oklepov tako s serijskim kot športnim hladilnikom in izpušnim sistemom (cev in lonec).
Vzvratno inženirstvo (izdelava 3D-modelov oklepov motorja)
Podatki skeniranja (oblak točk oz. STL) so nam nato služili kot osnova za izdelavo površinskih 3D-modelov novih oklepov motorja (stp, igs). Na negativinih površinah teh 3D-modelov smo s frezanjem izdelali prototipne kalupe za prototipne oklepe motorja (Slika 3).
Da je montaža in demontaža oklepov čim hitrejša, je bilo potrebno določene oklepe smiselno združiti, prav tako določene oklepe predelati tako, da zadostijo dirkaškim standardom (npr. spodnja bana mora biti s spodnje strani zaprta, da ob morebitni eksploziji motorja ostane olje ujeto v njej itd.).
Zaradi združevanja določenih delov oklepov smo morali ponekod izdelati tudi nove nosilce za pritrjevanje oklepov, saj jih na standardna mesta motorja ni bilo mogoče vpeti (Slika 4).
Izdelava prototipnih orodij s frezanjem
Novo izdelani 3D-modeli oklepov so osnova za frezanje orodij. Najprej je bilo treba smiselno razdeliti orodja na več delov tako, da je možno dobili izdelke iz orodja (Slika 5).
Prav tako je bilo potrebno zapreti vse luknje na oklepih (škrge za zrak na straneh oklepov, pritrdilne luknje …), da se lahko v orodja nemoteno polagala tkanina. Luknje se izrežejo naknadno.
Izdelava prvih testnih oklepov
Ko so bila orodja sfrezana, so se izdelali prvi testni oklepi motorja. Slednje smo nato namestili na motor, da smo lahko preverili njihovo točnost izdelave ter pritrdilna mesta (Slika 6). Ko so bili oklepi nameščeni na motor, smo jih zbrusili, skitali in pobarvali. To je osnova za prava orodja, ki smo jih dobili z odtisom teh testnih oklepov.
Orodja, ki smo jih dobili, nam služijo za serijsko proizvodnjo oklepov iz steklenih in ogljikovih vlaken. Pilotni projekt je pokazal kar nekaj prednosti in slabosti nove tehnologije izdelave kalupov na podlagi skeniranih podatkov in vzvratnega inženirstva. Slabost je precej daljši čas, potreben za izdelavo prvih testnih oklepov.
SKLEP
Prednosti se pokažejo šele kasneje, ker je na samih oklepih dosti manj dodelav in predelav. Ko po stari tehnologiji izdelamo prve prototipne oklepe, jih šele naknadno predelujemo tako, da ustrezajo tudi športni verziji izpušnega sistema in hladilnika. Težave pri stari ročni izvedbi so še večje, če je odstopanje med standardno in športno izvedbo precejšnje, saj morajo biti oklepi izdelani tako, da ustrezajo obema verzijama.
Pri novi tehnologiji se je kot zamudno pokazalo predvsem vzvratno inženirstvo, saj so oklepi narejeni iz velikega števila prostih površin, ki niso najlažje za izvedbo 3D-premodeliranja.
Prostora za izboljšave je še ogromno. Želja je, da bi lahko prišli direktno do proizvodnih kalupov brez vmesne faze prototipnih kalupov. To je možno le ob predpostavki, da bodo 3D-modeli oklepov 100% dodelani in premišljeni. Za modeliranje takšnih 3D-modelov, moramo imeti na voljo vse verzije športnih izpušnih sistemov in vse verzije športnih hladilnikov ob predpostavki, da dodobra poskeniramo vsa montažna mesta motorja kot tudi standardne oklepe.