Il software CAD ispira la creazione di un veicolo Rover progettato da uno studente

Per migliaia di aspiranti ingegneri, la NASA Human Exploration Rover Challenge è il momento clou della loro carriera studentesca. Le squadre delle scuole superiori e delle università sono invitate a progettare, costruire e testare tecnologie che consentano ai rover di operare in ambienti difficili. Ospitato dal Marshall Space Flight Center della NASA, l’evento annuale si è tenuto presso lo U.S. Space & Rocket Center di Huntsville, AL.

Fatti rapidi:

Prodotto utilizzato: Mastercam Design

Industria: Istruzione, Aerospaziale

Dettagli del progetto:

• La sfida: Progettare, costruire e testare tecnologie che consentano a un veicolo rover a propulsione umana di operare in ambienti difficili per la Human Exploration Rover Challenge della NASA.
• La soluzione: Progettazione con Mastercam
• Vantaggi:
  • La funzione Mastercam Edit Spline perfeziona le scanalature e la funzione Sprocket aiuta a creare le geometrie delle ruote dentate per garantire l’inserimento nella base della trasmissione.
  • L’assale in acciaio in un unico pezzo è stato progettato con un software CAD per evitare rotture e migliorare le prestazioni complessive del veicolo.
  • Il motore CAD semplificato consente una grande facilità d’uso. Le funzioni tradizionali vengono consolidate in pochi clic, semplificando le parti complesse.
  • La modellazione wireframe, superficiale e solida permette di modellare e modificare la geometria in modo semplice.

La missione del concorso è ispirare i partecipanti a diventare ingegneri che un giorno progetteranno i sistemi spaziali di prossima generazione della NASA. Il concorso imita le reali sfide che gli esploratori devono affrontare nello spazio interplanetario. I partecipanti sono veicoli a due persone, pieghevoli e a pedali.

Alla sfida a livello universitario si sono iscritte 114 squadre da tutto il mondo, tra cui una squadra della Central Connecticut State University di New Britain, CT. La squadra è stata assistita dagli ingegneri della vicina CNC Software, Inc. che hanno aiutato la squadra rover della CCSU negli ultimi anni.

Tristian Sudac, studente della CCSU e capo progetto del team di 12 persone che ha realizzato il rover, afferma che il suo gruppo ha progettato un veicolo che funziona con una trasmissione simile a quella di una bicicletta, utilizzando una catena che si muove tra due ruote dentate. Il rover è lungo un metro e mezzo ed è costruito quasi interamente in fibra di carbonio. L’utilizzo di un materiale resistente e leggero è fondamentale perché il veicolo deve attraversare una topografia impervia e ostacoli fuori dal comune. Per la gioia dei partecipanti, nel percorso di gara sono stati incorporati dei reperti museali.

Il Rowan-Cabarrus Community College sta facendo la sua parte per affrontare la crisi del lavoro servendo 25.000 studenti in sette sedi nelle contee Rowan e Cabarrus della Carolina del Nord.

“In realtà guidiamo attraverso una mostra di crateri lunari, il che è molto bello perché è la cosa più simile a guidare sulla luna”, ha detto Sudac.

Ispirato alle missioni lunari Apollo e alle future esplorazioni spaziali, il percorso di mezzo miglio presenta 14 ostacoli e cinque compiti, tutti da svolgere con una riserva virtuale di ossigeno di sei minuti.

“C’è un’area specifica che imita il terreno di Marte”, aggiunge Sudac. “Ci sono massi giganti e, se non stai attento o non hai un sistema di sospensioni abbastanza buono, puoi colpire un masso e distruggere completamente il tuo veicolo in un istante”.

Il percorso presenta crateri lunari, massi, cave di sabbia, letti di roccia, dossi, solchi di erosione, detriti di asteroidi simulati e una collina di quattro metri. Le squadre composte da due persone hanno obiettivi come la raccolta di campioni d’acqua e di terreno o lo scatto di fotografie. Per far fronte ai nuovi ostacoli e requisiti della competizione, il team della CCSU crea un rover dal design robusto. La robustezza e le dimensioni sono fondamentali: tutti i veicoli devono entrare in un vano per le attrezzature del lander (5 ft. x 5 ft. x 5 ft.). Il team della CCSU si affida a un software CAD per la progettazione del rover. Un componente in particolare ha ricevuto un’attenzione particolare.

“Utilizziamo il software CAD Mastercam per progettare l’assale, una delle parti più importanti per noi”, spiega Sudac.

In passato, il team ha avuto problemi di prestazioni con l’asse del rover, che era composto da due o tre pezzi di acciaio. In una gara di un paio di anni fa, si è verificato un guasto all’asse quando questo si è tranciato su entrambi i lati. Quest’anno, gli studenti hanno utilizzato Mastercam per progettare un asse da un unico pezzo di acciaio.

“In questo modo non si sarebbe rotto”, disse Sudac. “E non si è rotto”.

Sudac e il suo team modellano l’albero cieco in Mastercam. La funzione Edit Spline viene utilizzata per perfezionare le scanalature, mentre la funzione Sprocket aiuta a creare le geometrie delle ruote dentate per garantire che si inseriscano nella base della trasmissione. Non potendo produrre un pezzo a 4 assi con le capacità della CCSU, gli studenti hanno chiesto l’aiuto degli ingegneri di CNC Software Inc. che hanno creato il codice G e prodotto l’asse del rover.

“Quando si tratta di offrire volontariamente del tempo macchina alle scuole, molto raramente diciamo di no”, ha dichiarato Mark Baker, Applications Engineer, CNC Software, Inc.

Dopo il fallimento del progetto precedente, il team della CCSU crea una configurazione più flessibile e resistente e produce l’asse da un unico pezzo di acciaio cromato. La lavorazione del pezzo da ¾” x 10″ su una Mazak Mill-Turn Integrex i100 ST richiede due ore.

Il nuovo asse è il cuore di un rover interamente riprogettato. Il team non si piazza tra i primi 10 classificati, ma crea il primo sistema di sospensioni a balestra in materiale composito della sfida NASA. Grazie a un motore CAD semplificato, gli studenti hanno beneficiato della facilità d’uso del software. La creazione di parti complesse è semplificata e la modellazione wireframe, superficiale e solida permette di modellare e modificare la geometria in modo semplice.

“Mastercam ci rende molto semplice realizzare qualcosa che non fallisca quando abbiamo bisogno che abbia successo”, ha detto Sudac. “Ha funzionato alla grande”.

Ke Wang, responsabile dell’ingegneria delle applicazioni di CNC Software, afferma che la collaborazione del suo gruppo con la CCSU è vantaggiosa per entrambi. I membri del team Rover migliorano il design e la durata del loro veicolo e gli ingegneri di CNC Software hanno una visione ravvicinata della prossima generazione di utenti di software CAD/CAM. “Lavorare con gli studenti ci apre davvero la mente su come le giovani generazioni interagiscono con il software”, afferma Wang.

Il futuro dell’industria manifatturiera appare luminoso. Per contribuire a rafforzarlo, CNC Software, Inc. continuerà a collaborare con gli istituti di formazione e a cercare il prezioso feedback della prossima generazione di utenti CAD/CAM.

Preventivo del cliente

“Mastercam ci ha reso molto semplice realizzare qualcosa che sapevamo non avrebbe fallito quando ne avevamo bisogno. Ha funzionato alla grande”.

-Tristian Sudac, studente di ingegneria e responsabile del progetto, Central Connecticut State University, New Britain, CT