3D

Detroit’te Kazanacak Kadar Güçlü Bir Direksiyon Mafsalı Basmak

Yarışma
Detroit Üreticiler Fuarı 2015 Power Racing Series
İddia
3D baskıyla üretilmiş parçalar ile geleneksel olarak üretilmiş go-kart direksiyon mafsalını birleştirmek.
Çözüm
Markforged ile basılmış direksiyon braketi %40 daha hafif ama daha güçlüydü.
Zafer
Chibi-Mikuvan yarışta birinci sırayı kaptı!


MaliyetSüre
Markforged $97.16 (malzeme) 53 1/2 saat
Geleneksel $1,246.21 3-5 gün + kargo süresi

3… 2… 1… Başla!

Tie Fighter karışımı ufak tefek şeyler, kartondan Jeepler ve gerçek MarioKart yarışçıları, Detroit Yaratıcılar Fuarı 2015’te Power Racing Series Road Course yarışının başlangıç çizgisinde umarsızca kapışıyor. Go-kartların her biri yaratıcı ve yenilikçi şekilleriyle bu acayip araçlarına parlama şansı veren yaratıcıları tarafından bizzat üretildi.

Bu yaratıcıların arasında makine mühendisliği derecesi olan MIT mezunu Charles Guan bulunmaktadır. Kendi yarattığı Chibi-Mikuvan isimli go-kart, 1986-1994 model Mitsubishi Delica’ya benzeyecek şekilde tasarlanmış ve Guan aracın “Bir R/C botun motoru ve açılı taşlayıcının vitesi dahil olmak üzere alakasız ticari ve endüstriyel parçaların karışımından yapıldığını söyler.

Geçen yılın yarışı için yapılan Chibi-Mikuvan son dönemde bazı önemli güncellemeler yaşadı. Markforged yazıcı kullanarak yaptığı modifikasyonlar galibiyeti garantilemesine yardımcı oldu.

Otomobilde süspansiyonun en önemli parçalarından biri de direksiyon mafsalıdır. Bu parça tekerleklerin sapma hareketini direksiyon mekanizmasının hareketine bağlayan parçadır.
Mafsalın kendisi bile üretilmesi oldukça karmaşık bir parça olabilir ve bu parçanın yolun direnci, tekerlerin hareketi ve sürücünün ağırlığı dahil olmak üzere tüm yönlerden gelen kuvvetlerle baş etmesi gerekir.

Guan, ağır, hataya açık, metal düzenekli eski direksiyon mekanizması tasarımını daha hafif, üretimi daha kolay ve aynı sağlamlığa sahip bir mekanizma ile değiştirmek istedi.


Kazanmak için Tasarım Yapmak

Mevzu ağırlığı azaltmaya ve fabrikasyon sürecini basitleştirmeye geldiğinde,
3D baskı hızlı, yinelemeli prototip çıkarma tasarım akışını pahalı olmayan ama yine de karmaşık katmanlı üretim süreciyle birleştirir. Bu da geleneksel makine atölyelerinde üretmesi saatler alacak girift, milimetrik olarak şekillendirilmiş parçaların yapılmasını sağlar. Katmanlı üretim Guan’a direksiyon mekanizmasının ağırlığını ve büyüklüğünü büyük ölçüde azaltma fırsatı verdi ama bir çok 3D baskı çözümü, direksiyon mafsalının dayanması gereken kuvvete göre çok zayıf veya çok narin parçalar üretir.


Metalden makinelerle veya 3D baskıyla parçalar üretirken, parçanın malzeme özellikleri daha güçlüdür ama neredeyse izotropiktir. Kompozit bir malzeme kullanırken fiberler malzeme özelliklerinin parça boyunca belirli yönlerde optimize edilebilmesi gibi amaçlarla yönlendirilebilir. Ancak kompozit malzemelerin kurulumu, yapılması ve mükemmel hale getirilmesi çok uzun saatler alabilir. Mark One, naylon ve kompozit filament seçenekleriyle Guan’a Chibi-Mikuvan’ın Detroit Maker Fuarındaki yarışı için kompakt, hafif direksiyon tertibatı tasarlamakta gerek duyduğu parça gücünü ve üretilebilirliği sağladı.


Büyük Baskılar

Parçalarını naylon ve fiberglas ile basarak Guan Markforged çıktılarının izotropik olmayan doğasından faydalanacak şekilde parçaları tasarladı. İçine katılan fiberglas üzerine serildiği katmanlar için sağlamlık sağlarken, naylon katmanlar esneklik sağladı. Guan “Yeni direksiyon mafsalı fiber kısımların dingil çıkıntılarına tutunacağı büyük bir C şeklinde basılacak” diyor. Mafsal (Aşağıdaki CAD render’ında açık pembe renkte gösterilmiş) C yüzeyi boyunca o yüzeyde gücü maksimuma taşıyan fiber ipliklere sahip.


Bu da parçayı güçlü, hafif ve tüm yönlerde esnek kılıyor. Mafsal tek parça basılabilirdi ancak her parçasının gücünü ve esnekliğini optimize etmek için fiber yönünü kullanarak üçe bölündü. Diğer iki parça, fren kaliperi (mor olarak gösterilmiş) ve direksiyon takip bağlantısı (kırmızı olarak gösterilmiş) benzer şekilde parçayı geliştirmek için fiber yönü kullanılarak tasarlandı. Guan’ın yeni geliştirdiği parçalar braketin ağırlığın yüzde 40 azalttı ve daha güvenilir bir direksiyon mekanizması yarattı.

Parçaları Mark One’da basmak yaklaşık 24 saat sürdü. Guan daha sonra yeni tasarımın montajını yaptı ve Chibi Mikuvan’ın kasasının üzerinde zıplayarak gereken kuvvete dayanıp dayanamayacağını test etti.

Tasarımın ilk yenilemesinde Guan dingil piminin ilk versiyonunun parçanın kasayla buluştuğu yerde fiber bölgeye tutturulmasını sağladığını söyledi. “Bu da hiçbir zaman hataya sebep olmadı…” Flambaj sadece tekerleğin çok az daha fazla dönmesine sebep oldu. Tasarımı biraz daha modifiye ettikten sonra tekrar denemeye gitti.

Testin ardından Guan, “Bence dayanmasının nedenlerinden biri de naylonun çok esnek olması. Şokun çoğunu emiyor. Eğer direksiyonu çok sert kırarsam tüm flambaj biraz hareket ediyor. Şu an 40 poundluk bir güçle onu deforme ediyorum ama mekanizma bunu kaldırıyor” dedi. Naylon ve fibeglas parçaların esnekliği direksiyon mekanizmasının sert darbeleri emerek dingil çıkıntıları yüzeyinde tahmini 5 N-m torku idaresinin kolay hale gelmesini sağlar. Tasarımına güvenen Guan, hızla bir numaraya tırmandı.

“Bu aracı birkaç kez tam hızla kaldırımdan aşağı sürdüm ve bu parçaları kırmaya çalıştım… Detroit’te hiçbir sorunla karşılaşmadım ve çılgınlar gibi sürdüm!”
-Charles Guan
MIT Mezunu
Makine Mühendisliği

Yorumlariniz & Gorusleriniz