Un logiciel de CAO inspire la création d’un véhicule Rover conçu par des étudiants

Pour des milliers d’ingénieurs en herbe, le NASA Human Exploration Rover Challenge est le point culminant de leur carrière d’étudiant. Des équipes de lycéens et d’étudiants sont invitées à concevoir, construire et tester des technologies permettant aux rovers de fonctionner dans des environnements difficiles. Organisé par le Marshall Space Flight Center de la NASA, cet événement annuel s’est tenu au U.S. Space & Rocket Center, à Huntsville, en Alabama.

En bref :

Product Used: Mastercam Design

Industrie : Éducation, aérospatiale

Détails du projet :

• The Challenge: Design, build, and test technologies that enable a human-powered rover vehicle to operate in harsh environments for NASA’s Human Exploration Rover Challenge.
• La solution : Design Mastercam
• Avantages :
  • La fonction Mastercam Edit Spline affine les cannelures et la fonction Sprocket aide à créer des géométries pour les pignons afin d’assurer l’ajustement dans la base de la transmission.
  • Un essieu en acier d’une seule pièce est conçu dans un logiciel de CAO pour éviter les ruptures et améliorer les performances globales du véhicule.
  • Le moteur CAO rationalisé permet une grande facilité d’utilisation. Les fonctions traditionnelles sont regroupées en quelques clics, ce qui simplifie les pièces complexes.
  • La modélisation filaire, surfacique et solide permet de modéliser et d’éditer directement la géométrie.

La mission du concours est d’inspirer les participants à devenir des ingénieurs qui concevront un jour les systèmes spatiaux de nouvelle génération de la NASA. Le concours reproduit les défis réels auxquels les explorateurs sont confrontés dans l’espace interplanétaire. Les entrées sont des véhicules à deux places, pliables et à pédales.

Within the college-level challenge, 114 teams from around the globe register, including a team from Central Connecticut State University, New Britain, CT. It was assisted by engineers from neighboring CNC Software, Inc., who have aided CCSU’s rover team for the past few years.

Tristian Sudac, étudiant au CCSU et chef de projet de l’équipe de 12 personnes du rover de l’université, explique que son groupe a conçu un véhicule fonctionnant avec une transmission similaire à celle d’un vélo, utilisant une chaîne se déplaçant entre deux sprocket. Le rover mesure un mètre cinquante de long et est presque entièrement construit en fibre de carbone. L’utilisation d’un matériau solide et léger est cruciale, car le véhicule doit traverser des reliefs accidentés et des obstacles hors du commun. Pour le plus grand plaisir des participants, des pièces de musée sont intégrées au parcours de la course.

Le Rowan-Cabarrus Community College contribue à la lutte contre la crise de l’emploi en accueillant 25 000 étudiants sur sept sites dans les comtés de Rowan et Cabarrus, en Caroline du Nord.

« Nous pilotons à travers un cratère lunaire, ce qui est vraiment cool car c’est la chose la plus proche de conduire sur la lune », a déclaré Sudac.

Inspiré par les missions lunaires Apollo et les futures explorations spatiales, le parcours d’un demi-mile comporte 14 obstacles et cinq tâches, toutes à effectuer avec une réserve d’oxygène virtuelle de six minutes.

« Il y a une zone spécifique pour imiter le terrain de Mars », ajoute Sudac. « Il y a des rochers géants et, si vous n’êtes pas prudent ou si vous n’avez pas un système de suspension suffisamment performant, vous pouvez heurter un rocher et détruire complètement votre véhicule en un instant. »

Le parcours comprend des cratères lunaires, des rochers, des bacs à sable, des lits de pierres, des ralentisseurs, des ornières d’érosion, des débris d’astéroïdes simulés et une colline d’un mètre cinquante. Les équipes de deux personnes ont pour objectif de collecter des échantillons d’eau et de sol ou de prendre des photos. Pour faire face aux nouveaux obstacles et exigences de la compétition, l’équipe du CCSU a conçu un rover robuste. La robustesse et la taille sont primordiales : toutes les entrées de véhicules doivent tenir dans une baie d’équipement de l’atterrisseur (1,5 m x 1,5 m x 1,5 m). L’équipe du CCSU s’appuie sur un logiciel de CAO pour concevoir son rover. Un composant particulier a fait l’objet d’une attention particulière.

« Nous utilisons le logiciel de CAO Mastercam pour concevoir l’essieu, l’une des pièces les plus cruciales pour nous », explique M. Sudac.

Par le passé, l’équipe a connu des problèmes de performance avec l’essieu de son rover, qui était composé de deux ou trois pièces d’acier. Lors d’une course, il y a quelques années, le cisaillement des deux côtés de l’essieu a entraîné une défaillance du corps. Cette année, les étudiants ont utilisé Mastercam pour concevoir un corps à partir d’une seule pièce d’acier.

« De cette façon, il ne se casserait pas », a déclaré Sudac. « Et ça n’a pas été le cas ».

Sudac and his team model the blind shaft in Mastercam. The Edit Spline function is used to refine splines while the Sprocket feature helps create geometries for sprockets to ensure that they will fit into the base of the transmission. Unable to manufacture a 4-axis part with CCSU’s machine capabilities, the students sought the help of CNC Software Inc. engineers who created G-code and produced the rover axle.

« Lorsqu’il s’agit de temps machine volontaire pour les écoles, nous disons très rarement non », a déclaré Mark Baker, ingénieur d’application, CNC Software, Inc.

After its previous design failed, the CCSU team creates a more flexible, durable configuration and produces the axle from one solid piece of chromoly steel. Machining of the ¾” x 10” part on a Mazak Mill-Turn Integrex i100 ST takes two hours.

Le nouvel essieu est au cœur d’un rover entièrement repensé. L’équipe ne se classe pas parmi les 10 premiers, mais elle crée le premier système de suspension à lames en matériaux composites dans le cadre du défi de la NASA. Grâce à un moteur CAO rationalisé, les étudiants ont bénéficié de la facilité d’utilisation du logiciel. La création de pièces complexes est simplifiée et la modélisation filaire, surfacique et solide permet de modéliser et d’éditer directement la géométrie.

« Mastercam nous permet de fabriquer très facilement un produit qui n’échouera pas lorsque nous aurons besoin qu’il réussisse », a déclaré M. Sudac. « Il s’en est sorti à merveille.

Ke Wang, CNC Software’s Manager of Applications Engineering, says his group’s collaboration with CCSU is mutually beneficial. Rover team members improve the design and durability of their vehicle and CNC Software engineers have a close-up view of the next generation of CAD/CAM software users. “Working with students really opens our minds about how the young generation interacts with the software,” says Wang.

The future of manufacturing looks bright. To help strengthen it, CNC Software, Inc. will continue to partner with educational institutions and seek valuable feedback from the next generation of CAD/CAM users.

Devis client

« Mastercam nous a facilité la tâche en nous permettant de fabriquer quelque chose dont nous savions qu’il n’échouerait pas lorsque nous en aurions besoin pour réussir. Il s’en est sorti à merveille ».

-Christian Sudac, étudiant en ingénierie et chef de projet, Central Connecticut State University, New Britain, CT