CASESTUDY กรณีศึกษา
GeomagicControlXGeomagicDesignXการออกแบบอุตสาหกรรมและการผลิต
คดีฟื้นฟูรถแข่งปี 1952 โซลูชัน Geomagic ทำได้สั้นกว่ารุ่นทั่วไปถึง 50%
สหรัฐอเมริกา) บริษัท Cummins
2021.01.12 อัปเดต
■ โครงร่างโครงการ
ในประวัติศาสตร์การแข่งรถ แฟนแข่งหลายคนยังคงจำได้ว่าหมายเลข 28 Cummins Diesel Special คว้าตำแหน่งโพลโพซิชันที่ 1952 Indianapolis 500 (Indy 500) ด้วยเวลารอบที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยมีมา ฉันอยู่ที่นี่
หกสิบห้าปีต่อมา ‘No. 28’ ได้รับเชิญให้เข้าร่วมงาน Goodwood Festival of Speed ในสหราชอาณาจักรเพื่อเข้าร่วมใน Goodwood Hill Climb ในตำนานพร้อมกับรถยนต์สมัยใหม่หลายร้อยคัน ขณะให้บริการ ‘No. 28’ วิศวกรของ Cummins พบว่าปั๊มน้ำสึกกร่อนอย่างรุนแรงและอาจไม่สามารถดำเนินการให้เสร็จสิ้นได้ ฉันต้องการปั๊มน้ำ
ปั๊มน้ำดั้งเดิมได้รับการออกแบบเฉพาะสำหรับ ‘No. 28’ และไม่มีชิ้นส่วนอะไหล่สำหรับการผลิตจำนวนมาก แต่ ‘No. 28’ จะต้องจัดส่งภายใน 2-3 สัปดาห์ ด้วยระยะเวลารอคอยสินค้าโดยประมาณ 10 สัปดาห์ การผลิตชิ้นส่วนทดแทนโดยใช้วิธีการหล่อทรายแบบเดิมไม่สามารถทำได้ ดังนั้น วิศวกรของ Cummins จึงหันไปใช้วิศวกรรมย้อนกลับและการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุโดยใช้เครื่องพิมพ์โลหะ 3D เพื่อผลิตปั๊ม ท้าทาย ด้วยโซลูชัน Geomagic ปั๊มใหม่ได้รับการฟื้นฟูในเวลาเพียง 3 วัน และกระบวนการทั้งหมดใช้เวลา 5 วันแทนที่จะเป็น 10 วัน
No. 28 Cummins Diesel Special ที่ 1952 Indy 500
หน้าประวัติศาสตร์การแข่งรถ
ปั๊มน้ำเดิมมีรอยบากและการกัดกร่อนที่สำคัญ
‘No. 28’ เป็นรถยนต์รุ่น Indy 500 คันแรกที่มีเทอร์โบชาร์จและปรับให้เหมาะกับอากาศพลศาสตร์ของอุโมงค์ลม เขาวิ่งสี่รอบคัดเลือกด้วยความเร็วเฉลี่ย 138.010 ไมล์ต่อชั่วโมง
นับตั้งแต่มีการดำเนินการที่น่าจดจำในปี 1952 ‘No. 28’ ได้รับการจัดแสดงที่พิพิธภัณฑ์ Indianapolis Motor Speedway และที่อาคารของบริษัท Cummins ในปี 1969 ‘No. 28’ ได้ฉลองครบรอบ 50 ปีของ Cummins ด้วยการวิ่งรอบสนาม Indy ก่อนเริ่มการแข่งขัน ครั้งสุดท้ายที่ ‘No. 28’ วิ่งแข่ง Goodwood Festival of Speed คือช่วงปลายทศวรรษ 1990
“ในขณะที่ฉันเตรียมขับรถเป็นครั้งแรกในรอบเกือบ 20 ปี ฉันสังเกตเห็นว่าปั๊มน้ำมีรอยบากและการกัดกร่อนที่สำคัญ” หัวหน้าทีมออกแบบและพัฒนาเครื่องยนต์ Cummins X15 กล่าว ประวัติและการบูรณะ สมาชิก Greg Haines อธิบาย “ตัวเรือนได้รับการเจาะรูอย่างสมบูรณ์ในหลาย ๆ แห่ง และมีเพียงตะกอนแร่ที่ปิดรูเท่านั้นที่กันการรั่วไหล เพื่อตอบสนองคำมั่นสัญญาของการขับรถในกู๊ดวูด ที่อยู่อาศัยใหม่ก็ถูกเตรียมขึ้นทันที ฉันจำเป็นต้องทำ”
แข่งกันผลิตปั๊มน้ำใหม่
การตรวจสอบปั๊มน้ำในการควบคุม Geomagic X
เปรียบเทียบกับรุ่นย้อนกลับใน Geomagic Design X
วิธีการพื้นฐานสำหรับการพิมพ์เรือนปั๊มใหม่เป็นวิธีเดียวกับที่ใช้พิมพ์ปั๊มดั้งเดิม ตัดพลาสติกหรือลายไม้แล้วใช้ปั้นแม่พิมพ์ทรายสำหรับหล่อ การใช้วิธีนี้จะใช้เวลาประมาณ 10 สัปดาห์ในการสร้างบ้าน 1 หลังและจะไม่สามารถดำเนินการที่ Goodwood ได้ การพิมพ์ 3D รูปแบบการหล่อใหม่หรือการพิมพ์ 3D ของแม่พิมพ์ทรายอาจทำให้เวลาในการผลิตสั้นลงสำหรับตัวเรือนปั๊มน้ำใหม่ แต่ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นสูงสุดอยู่ในกระบวนการหล่อโดยรวม คือการละเว้นและใช้วิศวกรรมย้อนกลับและการพิมพ์ 3D ทำให้เราสามารถผลิตชิ้นส่วนสุดท้ายได้โดยตรงในเวลาเพียง 5 สัปดาห์ เร็วขึ้น 50%
１）การสแกน
วิศวกรของ Cummins เริ่มต้นด้วยการสแกนตัวเรือนปั๊มน้ำที่มีอยู่ด้วยเครื่องสแกน CT เลือกเครื่องสแกน CT เนื่องจากปั๊มมี undercuts จำนวนมากและคุณสมบัติภายในอื่น ๆ ที่เครื่องสแกนเลเซอร์หรือเครื่องมือสร้างภาพแนวสายตาอื่น ๆ ไม่สามารถตรวจจับได้
２）ทดสอบ
ก่อนดำเนินการ เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูลการสแกน วิศวกรจะอ่านข้อมูล point cloud ที่สร้างโดยเครื่องสแกน CT ลงในซอฟต์แวร์การตรวจสอบและมาตรวิทยา Geomagic Control X เพื่อแยกรูปทรงเรขาคณิตภายในและภายนอกของปั๊ม
“ในโครงการเช่นนี้ โดยปกติแล้ว เราจะแยกรูปทรงเกลียวภายในออกจากร่างกาย จำลองให้เป็นแกนหลัก และเปรียบเทียบกับข้อมูลคลาวด์แบบจุดเพื่อให้แน่ใจว่างานทั้งหมดถูกต้อง” Chris George, หัวหน้าทีมต้นแบบ CAD Model สำหรับการออกแบบระบบขั้นสูงของ Cummins อธิบาย
３）วิศวกรรมย้อนกลับ
ด้วยรูปทรงการสแกนที่ยอดเยี่ยมที่พร้อมสำหรับงานออกแบบ Cummins จึงใช้ซอฟต์แวร์วิศวกรรมย้อนกลับ Geomagic Design X เพื่อแปลง point cloud เป็นโมเดลทึบที่ไม่มีพารามิเตอร์สำหรับการตรวจสอบความพอดี CAD ด้วยการตรวจสอบเหล่านี้ ทีมงานของคัมมินส์ได้กำหนดขนาดของใบพัดและเพลาประกอบที่เหมาะสม และวิธีการติดตั้งและบรรจุทุกอย่างเข้าด้วยกันในที่สุด
George กล่าวว่า Cummins ใช้ Geomagic Control X และ Geomagic Design X เป็นซอฟต์แวร์หลักสำหรับการทำงานกับข้อมูล point cloud “ซอฟต์แวร์ 3D Systems Geomagic มอบโซลูชันที่สมบูรณ์สำหรับการประมวลผลข้อมูลการสแกน, ตรวจสอบ และแปลงเป็นแบบจำลองที่มั่นคง” George อธิบาย “เราใช้สิ่งเหล่านี้ในโครงการวิศวกรรมย้อนกลับทั้งหมดที่มักต้องการการปรับแต่งเรขาคณิต การวิเคราะห์องค์ประกอบเชิงโครงสร้างและการไหล และการเปรียบเทียบระหว่างแบบจำลองและการสแกนที่รายงานให้กับลูกค้าด้านวิศวกรรมของเรา กำลังทำอยู่”
การออกแบบปั๊มน้ำใหม่ใน Creo
ใหม่ ปั๊มน้ำพิมพ์ 3D พร้อมชุดใบพัด
“ซอฟต์แวร์ 3D Systems Geomagic มอบโซลูชันที่สมบูรณ์สำหรับการประมวลผล, ตรวจสอบ และแปลงข้อมูลการสแกนเป็นแบบจำลองที่มั่นคง เราใช้มันสำหรับโครงการวิศวกรรมย้อนกลับทั้งหมด”
—Cummins หัวหน้าทีมต้นแบบ CAD Model สำหรับการออกแบบระบบขั้นสูง— Chris George
１）ออกแบบ
การสึกกร่อนอย่างรุนแรงของชิ้นส่วนดั้งเดิมทำให้ Cummins ไม่สามารถใช้แบบจำลองที่สร้างขึ้นจากข้อมูลที่สแกนเป็นพื้นฐานสำหรับการพิมพ์ 3D วิศวกรของคัมมินส์โหลดโมเดลที่ไม่ใช่พารามิเตอร์ลงในซอฟต์แวร์ PTC Creo 3D CAD และใช้เป็นเทมเพลตสำหรับสร้างโมเดลพาราเมตริก เมื่อพิจารณาถึงความเสียหายทางกายภาพของปั๊มที่สแกน ทีมงานของคัมมินส์จำเป็นต้องทำการตัดสินใจอย่างมีข้อมูลโดยการเปลี่ยนแบบจำลอง 3D เพื่อให้ได้แบบจำลองสุดท้ายที่ใช้งานได้
２）การพิมพ์ 3D
ผมก็เลยส่งไฟล์นี้ไปให้ทีมงานที่ 3rd Dimension ทีมงานได้ตัดแต่งไฟล์ วิเคราะห์ไฟล์เพื่อกำหนดแนวการพิมพ์ที่ดีที่สุด และมอบหมายการสนับสนุนเพื่อให้การพิมพ์มีความเสถียร 3rd Dimension จากนั้นจึงหั่นและฟักชิ้นส่วนเพื่อกำหนดว่าเลเซอร์จะเคลื่อนที่อย่างไรระหว่างการสร้าง
ตัวเรือนปั๊มน้ำแบบเดิมทำมาจากแมกนีเซียมเพื่อลดน้ำหนัก แต่แมกนีเซียมมีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนเมื่อโดนน้ำและสารหล่อเย็นเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในปัญหาที่ Cummins พยายามแก้ไข ดังนั้น 3rd Dimension จึงผลิตชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D ขั้นสุดท้ายโดยใช้วัสดุสแตนเลส LaserForm 316-L บนเครื่องพิมพ์ 3D โลหะ ProX DMP 320
“ขนาดบิลด์ที่ใหญ่ขึ้นของ ProX DMP 320 ทำให้เรามีตัวเลือกมากขึ้นสำหรับการวางแนวชิ้นส่วนและการรองรับที่เหมาะสมที่สุด และความเร็วในการพิมพ์ของเครื่องพิมพ์ช่วยให้เราประหยัดเวลาในการพิมพ์ได้” Bob Markley ประธานฝ่าย 3rd Dimension กล่าว “ProX DMP 320 ไม่ใช้สารยึดเกาะใด ๆ ในการผูกวัสดุเข้าด้วยกัน ซึ่งหมายความว่าเอาต์พุตเป็นโลหะผสมบริสุทธิ์ เนื่องจากเป็นโลหะจริง เอาต์พุตจึงมีพฤติกรรมเหมือนโลหะจริง จากมุมมองของผลประโยชน์ด้านประสิทธิภาพของชิ้นส่วนสุดท้าย”
เพียง 3 วันหลังจากได้รับไฟล์ 3D ของรูปทรงเครื่องสูบน้ำ 3rd Dimension ได้จัดส่งเรือนปั๊มที่เสร็จสมบูรณ์ไปยัง Cummins
สร้างประวัติศาสตร์การแข่งรถ
No. 28 Cummins Diesel Special ในงาน Goodwood Festival of Speed ประจำปี 2017
ตัวเรือนนี้เข้ากันได้ดีกับส่วนประกอบอื่นๆ ของปั๊ม และทำงานเหมือนใหม่บน Goodwood Hillclimbs กว่า 6 แห่ง เช่นเดียวกับอินดี้ ‘No. 28’ สร้างความตื่นเต้นให้กับแฟน ๆ Goodwood และได้รับการแนะนำในนิตยสาร『Car and Driver』ของ「 The 10 Best Things We Saw at the 2017 Goodwood Festival of Speed」
นอกจากนี้ ในปี 1969 ซึ่งเป็นวันครบรอบ 50 ปีของ Cummins ‘No. 28’ แห่รอบสนามก่อนเริ่มการแข่งขัน Indy 500 2019 เป็นการเฉลิมฉลองครบรอบ 100 ปีของ Cummins