Tăng tốc quy trình thiết kế ngược cho phương tiện bay không người lái (UAV) SIERRA của NASA
Cụm động cơ SIERRA UAV được thiết kế ngược bằng Geomagic
Nasa đã sử dụng máy bay không người lái chuyên dụng để thu thập dữ liệu khoa học trái đất trên toàn thế giới. Máy bay nghiên cứu từ xa tích hợp hệ thống đánh giá (SIERRA) được thiết kế bởi phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải Quân Hoa Kỳ và được phát triển tại Trung tân Nghiên cứu Ames của NASA (Moffett Field, California). Máy bay thường xuyên được triển khai cho các nhiệm vụ khảo sát môi trường trên các vùng xa xôi hoặc không thể tiếp cận, nơi có điều kiện khắc nghiệt và yêu cầu quãng đường bay dài.
Thách Thức
- Thiết kế ngược cấu trúc hình học phức tạp của động cơ để thiết kế cải thiện khí động học
- Tạo mô hình CAD từ dữ liệu quét quang học 3D chưa hoàn chỉnh
- Giảm thời gian để tạo ra mô hình CAD chính xác, tiết kiệm thời gian và chi phí
Giải pháp
- Quét động cơ bằng máy quét 3D
- Sử dụng phần mềm thiết kế ngược của 3D Systems
- Sử dụng dữ liệu quét 3D của khung, tạo mẫu chính xác và giải quyết vấn đề căn chỉnh giữa khung và gá cố định
- Giảm thời gian tạo file CAD tới 90% (50 giờ thay vì 500 giờ)
SIERRA đã hoàn thành các nhiệm vụ tại Bắc Cực, nán lại hàng giờ đồng hồ trong môi trường khắc nghiệt để thu thập dữ liệu về lớp phủ ở vùng cực. Nó cũng bay qua các ngọn núi lửa để khảo sát miệng núi lửa đang hoạt động. Mục tiêu của NASA là tăng thời gian duy trì từ 9-10 giờ của SIERRA để thu được nhiều thông tin có giá trị hơn trên mỗi chuyến bay. Để đạt được mục tiêu của mình, NASA đã quyết định thiết kế lại động cơ nhỏ hơn để giảm lực cản và cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
NASA đã liên hệ với MACH-T3 Engineering (www.mach-t3.com) để giúp giải quyết thách thức này. MACH-T3, đặt tại Campbell, California, là đơn vị chuyên về mô hình 3D, phân tích phần tử hữu hạn và thiết kế cơ khí. Để đẩy nhanh quá trình thiết kế, các kỹ sư MACH-T3 triển khai các công nghệ thiết kế ngược chuyên nghiệp, chẳng hạn như phần mềm Geomagic Design X nhằm chuyển đổi các bản quét 3D sang dữ liệu CAD.
Thách thức: phát triển một mô hình CAD chính xác một cách nhanh chóng
Để thiết kế khí động học hơn, cần phải có một mô hình CAD 3D chính xác, bao gồm tất cả các kích thước động cơ và thông số kỹ thuật lắp đặt ống gió. Vì động cơ của SIERRA là động cơ máy bay đã được chế tạo nên NASA không sở hữu một mô hình như vậy.
Các phương pháp đo lường truyền thống để xây dựng một mô hình CAD 3D sẽ tốn quá nhiều công sức; Các kỹ sư NASA ước tính rằng quá trình này sẽ mất ít nhất 500 giờ. Phương pháp này bao gồm việc tháo rời động cơ, từng chi tiết và đo từng bộ phận theo cách thủ công. Các phép đo này sau đó được sử dụng để tái tạo lại mô hình hình học CAD. Thông thường, cần có nhiều lần lặp lại trong quá trình dựng mô hình, vì sẽ có các phép đo bị thiếu hoặc không chính xác từ các bộ phận ban đầu.
MACH-T3 đã sử dụng một cách tiếp cận khác. Bobby Machinski – chủ sở hữu của MACH-T3 Engineering giải thích: “Sử dụng phần mềm và máy quét 3D, chúng tôi có thể thiết kế ngược thiết bị chỉ trong một khoảng thời gian ngắn và hoàn thành công việc này theo cách thủ công. “Công nghệ 3D ngày nay cho phép chúng tôi dễ dàng có được tất cả các dữ liệu thích hợp và nhanh chóng tạo ra một mô hình CAD cho bất kỳ chi tiết nào. ”
Giải pháp: Phần mềm của 3D Systems
MACH-T3 đã trải nghiệm nhiều máy quét 3D và phần mềm nhằm bổ sung nhiều công cụ hơn cho doanh nghiệp của họ. Họ chọn phần mềm Geomagic Design X vì đây là phần mềm duy nhất trên thị trường có thể tạo mô hình CAD từ dữ liệu quét 3D.
Các tính năng mạnh mẽ của Geomagic Design X giúp tiết kiệm thời gian
Một tính năng độc đáo của phần mềm là khả năng tạo mô hình từ dữ liệu quét 3D không hoàn chỉnh. Máy quét 3D quang học không thể thu thập tất cả các điểm dữ liệu và tạo ra một bản quét hoàn chỉnh do sự khác biệt của kết cấu bề mặt, màu sắc và các vị trí bị che khuất.
Machinski giải thích: “Ưu điểm của Design X là một khi bạn có đủ thông tin, bạn không cần một trăm phần trăm dữ liệu. Design X nhận dạng hình học và cho phép bạn trích xuất thông tin mô hình, ngay cả khi thiếu dữ liệu quét. Phần mềm tự động tìm các hình học nguyên bản. Khả năng này giúp bạn dễ dàng chuyển đổi dữ liệu sang mô hình CAD, tiết kiệm thời gian và cải thiện độ chính xác. ”
Phân tích độ lệch là một tính năng khác của phần mềm giúp tối ưu hoá thời gian. Nó cho phép người dùng nhanh chóng nhìn thấy sai lệch giữa bản quét thô và mô hình CAD lý tưởng. “Tính năng này cho phép chúng tôi thiết lập dung sai khi cần thiết. Chúng tôi có thể nâng hoặc giảm nó để tìm hiểu xem chúng tôi đang ở gần đến mức nào với mô hình lý tưởng so với mô hình vật lý. Phần mềm cho phép chúng tôi nhanh chóng giải quyết những sai lệch quan trọng đối với thiết kế, bỏ qua những sai lệch không liên quan và nhanh chóng tạo ra một mô hình vật lý.”
Thời gian chuyển đổi CAD nhanh hơn
Phần mềm Geomagic Design X đã giúp MACH-T3 có được dữ liệu họ cần và nhanh chóng phát triển một mô hình CAD. “Toàn bộ dự án đã khiến chúng tôi mất 50 giờ thay vì 500 giờ, cho phép chúng tôi đạt được thành công chỉ mất 10% thời gian so với việc sử dụng các phương pháp thông thường. NASA đã rất vui mừng khi chúng tôi hoàn thành dự án nhanh chóng như vậy. Mô hình của động cơ đã hoàn chỉnh, chính xác và cho phép họ tạo ra một thiết kế cải tiến hoàn toàn phù hợp với tất cả các thành phần động cơ của SIERRA. “
Việc thiết kế lại SIERRA của Nasa đã dần thu được kết quả khả quan. Bằng việc sử dụng hình học chi tiết và chính xác của mô hình CAD động cơ để tạo ra thiết kế khí động học mới, SIERRA sẽ sớm tiến hành các nhiệm vụ lấy mẫu khí quyển thậm chí lâu hơn trên núi lửa và khảo sát trắc địa ở Bắc Cực.
