Il processo di modellazione VITEC migliora la precisione e riduce

Successo dell'utente
Il processo di modellazione VITEC migliora la precisione e riduce
fino al 40% il tempo di sviluppo dei serbatoi di carburante
Un nuovo processo per la modellazione dei
serbatoi di carburante permette di ottenere
un'eccellente precisione nella progettazione e
consente al fornitore di componenti per il
settore automobilistico VITEC di ridurre del 40
percento il tempo di sviluppo dei suoi
prodotti.
VITEC produce serbatoi di plastica per
carburante e sistemi di alimentazione per le
aziende produttrici nel settore automobilistico,
tra i quali è possibile annoverare General
Motors, DaimlerChrysler
e Harley-Davidson. Come la maggior parte dei
fornitori, VITEC usa studi sui volumi e gradeline per valutare la possibilità di produzione e
le prestazioni funzionali dei propri progetti
prima della produzione effettiva.
Tali studi richiedono informazioni sullo
spessore variabile che non sono disponibili
senza il pezzo costruito. In passato, VITEC
eseguiva simulazioni basandole su un valore
medio dello spessore attribuito a tutto il
serbatoio. Ma tali stime comportavano errori
che facevano aumentare il tempo di
produzione e portavano a successivi costi di
rilavorazione.
Simulazione dello stampaggio per
soffiaggio
Il nuovo processo di VITEC confronta le
simulazioni con modelli da dati CAD ottenuti
da componenti fisici scansionati per garantire
la massima precisione delle misure dello
spessore. Il processo inizia simulando il
procedimento di stampaggio per soffiaggio
utilizzato per la produzione dei serbatoi per il
carburante.
L'estrusione soffiaggio viene effettuata con un
tubo di plastica (denominato parison) che
viene riscaldato fino alla temperatura di
fusione e quindi forzato attraverso una filiera. Il
movimento sincronizzato del maschio della
filiera determina i valori di spessore sul parison.
"Il soffiaggio del parison forza la plastica
contro la cavità dello stampo per produrre la
forma definitiva del serbatoio", precisa Karim
Amellal, responsabile dello sviluppo dei
prodotti presso VITEC. Una volta raffreddato, è
possibile misurare in diverse posizioni la
variazione di spessore nel pezzo prodotto.
La nuova metodologia di VITEC simula l'intero
processo di soffiaggio, calcola
automaticamente gli spessori e adegua il
modello CAD al pezzo realmente prodotto.
"Grazie all'introduzione della tecnologia di
simulazione del processo di soffiaggio, è
possibile prevedere qualsiasi problema in fase
di produzione o progettazione e predire le
UG/Catia
Volume/
Grade Line
Studies
CAD
Part files
Rapid
Prototyping/
STL Converter
Binary STL files
STEP
Translator
STEP files
Ascii STL files
STL-to-Patran
Converter
BlowView
Meshed Part
BlowSim
iable
Var
with
t
r
Pa
hed
Mes
ss
kne
Thic
Patran
Inner & Outer Surfaces
(STL files)
GD&T
variazioni di spessore del serbatoio ancora
prima dell'inizio della costruzione", ha
aggiunto Amellal.
Migliore precisione e più
rapidamente
Il processo di VITEC inizia con un cliente che
fornisce i limiti di ingombro nei quali verrà
collocato il serbatoio di carburante all'interno
del veicolo. Questi limiti impongono la forma
del serbatoio. VITEC carica i dati dei limiti nei
file CAD Unigraphics o Catia della struttura
del serbatoio di carburante.
I file del pezzo vengono esportati dal sistema
CAD come file STL, costituito da triangoli.
Alcuni file vengono importati nel programma
Patran di MSC.Software, che genera una maglia
di elementi finiti della superficie esterna del
serbatoio di carburante. Altri file vengono
importati nel programma di simulazione
BlowView, in cui vengono convertiti in file
Patran per essere utilizzati dal sistema di
risoluzione delle analisi BlowSim in modo da
calcolare i valori di spessore del parison
soffiato. I risultati di spessore del parison
vengono mappati sulla superficie esterna con
maglie del serbatoio di carburante.
I risultati previsti del processo di estrusione
per soffiaggio per un progetto di un serbatoio
vengono ottenuti da BlowSim e quindi
vengono elaborati in Patran. Il solido interno
viene generato in Patran adottando come
offset i valori di spessore rispetto alla
superficie esterna.
"L'analisi di simulazione del processo di
soffiaggio offre le condizioni di processo
ottimali per ottenere una distribuzione
uniforme dello spessore del serbatoio",
sostiene Amellal. "I risultati permettono di
ridurre i costi di lavorazione e dei materiali
identificando nelle fasi iniziali dello sviluppo
del prodotto tutti i problemi di processo e di
progetto, riducendo al minimo il numero
delle iterazioni".
I file STL Patran per le superfici interna ed
esterna vengono importati nel software
Geomagic Studio, che viene utilizzato dai
produttori per generare i file poi usati per la
produzione su vasta scala di unità
personalizzate, la produzione su ordinazione
e la riproduzione automatica dei componenti
e degli stampi fisici.
Un ponte tra i dati fisici e i dati
digitali
VITEC impiega un sistema di scannerizzazione
ottica per digitalizzare le superfici esterne
della struttura di un serbatoio per carburante
ricevuto dall'impianto di produzione. I dati
della nuvola di punti rilevati dallo scanner
vengono importati in Geomagic Studio per il
miglioramento e la modellazione della
superficie. Gli adattamenti della superficie e i
riempimenti delle aperture eventualmente
presenti dopo la scansione, vengono effettuati
automaticamente in Geomagic Studio per
creare un poligono con volume chiuso.
Successo dell'utente
vengono utilizzate da VITEC. Possiamo
prevedere i problemi relativi alla costruzione,
alla struttura o al rifornimento prima della
produzione effettiva. Si ottengono notevoli
risparmi in termini di costi ed eccellenti
vantaggi per il cliente".
Thick (mm)
19.0019
18.0018
17.0017
16.0016
15.0015
15.0014
15.0013
14.0012
14.0011
14.0010
13.0009
13.0008
13.0007
12.0006
12.0005
12.0004
11.0003
11.0002
11.0001
10.0000
10.0001
10.0002
9.0003
9.0004
9.0005
8.0006
8.0007
8.0008
7.0009
7.0010
7.0011
6.0012
6.0013
6.0014
5.0015
5.0016
5.0017
4.0018
4.0019
Il campione della struttura viene quindi
tagliato a metà e all'interno delle superfici
scansionate. Vengono scansionate anche le
superfici esterne sulle metà della struttura per
ottenere i riferimenti del piano dei dati. Dopo
la scansione, le due nuvole di punti delle metà
del serbatoio vengono importate in
Geomagic Studio. Il software unisce
automaticamente le due metà con uno
strumento di allineamento a best-fit.
Geomagic Studio permette a VITEC di
eseguire un confronto tridimensionale tra i
modelli Patran derivati da BlowSim e i modelli
generati dalla scansione del reale serbatoio
per carburanti. Ciò permette a VITEC di
convalidare le previsioni teoriche di spessore
delle pareti ottenute da BlowSim.
In Geomagic Studio è possibile modellare
anche gli effetti di incurvatura. Quando si
taglia il serbatoio, le pareti di plastica si
incurvano a causa delle tensioni residue
introdotte durante la fase di raffreddamento
del processo di soffiaggio. Geomagic Studio
esegue un confronto tridimensionale per
calcolare le deformazioni positive e negative
delle pareti del serbatoio derivanti
dall'incurvatura.
Convalida mediante confronto
grafico
Oltre ai confronti visivi di spessore e di
incurvatura effettuati in Geomagic Studio,
VITEC confronta i valori delle misurazioni
ottenuti dal componente fisico con quelli del
modello derivante dalla simulazione. Ciò
viene effettuato dal gruppo di assicurazione
della qualità di VITEC con il software di
controllo basato su computer Geomagic
Qualify. Geomagic Qualify allinea e confronta
automaticamente i dati delle misurazioni
delle sezioni incrociate del componente fisico
con il modello BlowSim.
"Questo processo di convalida viene eseguito
per verificare la precisione dei risultati della
simulazione e per essere certi della
correttezza della previsioni future sui pezzi
virtuali", sostiene Amellal.
Thick (mm)
19.0019
18.0018
17.0017
16.0016
15.0015
15.0014
15.0013
14.0012
14.0011
14.0010
13.0009
13.0008
13.0007
12.0006
12.0005
12.0004
11.0003
11.0002
11.0001
10.0000
10.0001
10.0002
9.0003
9.0004
9.0005
8.0006
8.0007
8.0008
7.0009
7.0010
7.0011
6.0012
6.0013
6.0014
5.0015
5.0016
5.0017
4.0018
Il controllo basato su computer sostituisce un
processo che comporta la misurazione dello
spessore della parete con una tecnica a
ultrasuoni. Tale tecnica richiede l'applicazione
di una griglia sulle superfici del serbatoio; i
valori di spessore vengono misurati in
corrispondenza delle intersezioni della griglia.
Viene anche utilizzata un'apparecchiatura per
la misurazione delle coordinate (coordinate
measurement machine, CMM) per misurare e
verificare l'integrità dimensionale del
serbatoio per carburante.
Amellal sostiene che la combinazione di
scanner e Geomagic Qualify offre una
maggiore velocità e precisione rispetto alla
tecnica a ultrasuoni e potrebbe
potenzialmente sostituire anche
l'apparecchiatura CMM.
"Riteniamo di poter utilizzare la
scannerizzazione ottica e Geomagic Qualify
per ridurre potenzialmente il tempo dedicato
ai controlli sulla qualità del prodotto di circa il
20 o il 30 percento", sostiene Amellal.
Identificazione dei problemi
prima della produzione
Dopo l'assicurazione della qualità, il modello
viene inviato di nuovo al gruppo di sviluppo
dei prodotti di VITEC, che utilizza Geomagic
Studio per un confronto tridimensionale
definitivo tra il pezzo fisico e il modello
BlowSim. I file STEP vengono esportati da
Geomagic Studio e immessi di nuovo nel
sistema CAD, in cui i progetti vengono
modificati in base alle esigenze.
Il processo fornisce a VITEC non soltanto le
informazioni sullo spessore variabile
necessarie per eseguire accurati studi sul
volume e grade-line, ma anche un modello
realistico per le simulazioni d'urto sui veicoli.
"I nostri clienti non devono attendere
l'esecuzione di test fisici per valutare le
prestazioni e le caratteristiche di un serbatoio
per carburante in un veicolo", afferma
Amellal. "Questo è il motivo principale per cui
queste tecniche di simulazione su computer
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VITEC ha portato a termine due studi per
verificare la precisione delle simulazioni sui
serbatoi per carburante. In primo luogo, gli
studi sul volume hanno confrontato dal
punto di vista teorico i volumi derivanti dal
processo di simulazione con i volumi reali di
due diversi serbatoi di gas. I risultati hanno
evidenziato livelli di precisione pari al 99,5
percento per un serbatoio di gas per
autoveicoli di piccole dimensioni e del 97,7
percento per un serbatoio da camion.
Analogamente, alcuni studi sull'altezza
rispetto al volume durante il rifornimento di
un serbatoio hanno mostrato una curva di
riempimento teorica che riproduce con
ottima precisione la curva reale fornita dal
laboratorio di test.
"Questo fatto suggerisce che le analisi basate
su computer utilizzate presso VITEC possono
ridurre in modo sostanziale il costo e il tempo
necessari per i test fisici", afferma Amellal. "Le
stime iniziali suggeriscono significativi
risparmi in termini di tempo e un minore
tempo di sviluppo del prodotto fino al 40
percento".
Definizione di uno standard con
uno strumento automatizzato
Infine, VITEC spera di sviluppare uno
strumento di simulazione automatico che
possa rispondere a tutti i requisiti dei clienti
in termini di possibilità di costruzione, di
integrità strutturale e di prestazioni di
rifornimento dei serbatoi di carburante.
L'adozione di pacchetti software disponibili
sul mercato, BlowView, Patran, Geomagic
Studio e Qualify, per le caratteristiche di
simulazione interne rappresenta soltanto il
primo passo.
"VITEC prevede di sviluppare una metodologia
per automatizzare il trasferimento dei dati da un
prodotto software a un altro e creare
un'interfaccia che collegherà tutte le
funzionalità di simulazione interne", sostiene
Amellal. "Il risultato sarà uno strumento di
simulazione completamene automatizzato
(fully automated simulation tool, FAST) che i
tecnici di progettazione CAD potranno utilizzare
quotidianamente durante la fase di sviluppo dei
prodotti. Questo è il sogno di VITEC".
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