Współczesne rolnictwo, dążąc do maksymalnej efektywności i precyzji, coraz częściej wykorzystuje zaawansowane technologie. Jednym z kluczowych narzędzi, które rewolucjonizują proces projektowania i modyfikowania maszyn rolniczych, jest skanowanie 3D. Dzięki niemu możliwe jest tworzenie niestandardowych elementów, które idealnie pasują do istniejących konstrukcji, zwiększając ich funkcjonalność, trwałość i serwisowalność.
Innowacyjne podejście do modyfikacji ciągników - projekt Zduntrac
W mijającym tygodniu odwiedziliśmy zakład Agro-Mechanika w miejscowości Borki-Kosy, gdzie Mariusz Zdanowski buduje Zduntraca - Ursusa na miarę XXI wieku. Tradycyjne metody pomiaru, takie jak miarka czy ołówek, są powoli wypierane przez nowoczesne rozwiązania. Myśleliśmy, że fachowiec weźmie do ręki miarkę, nawet może laserową, ołówek, jakiś notatnik i będzie skrupulatnie zapisywał cyferki, rysował, zaznaczał, notował. Okazało się, że jesteśmy nie na czasie.
Do warsztatu Mariusza Zdanowskiego przyjechał ekspert z firmy Metal-Plast, Jakub Czarnecki, który za pomocą specjalnego skanera 3D dokładnie zmierzył ciągnik, uwzględniając wszystkie przeszkody i otwory montażowe. Jakub Czarnecki z Metal-Plastu pojawił się w warsztacie z własnym stołem, laptopem i skanerem.
Charakterystyka bazy: Ursus C-385
Ciągnik Ursus C-385, będący bazą dla projektu Zduntrac, współpracujący z kultywatorem wykonuje uprawę na zaoranym polu, wykorzystując pełnię możliwości czterocylindrowego silnika wysokoprężnego Zetor Z8001 o mocy około 76 KM i pojemności 4,6 l. Mechaniczna skrzynia biegów 4-biegowa z reduktorem (łącznie 12/4 przełożeń w wersjach z nadbiegiem) pozwala dobrać odpowiednią prędkość roboczą do głębokości pracy zębów kultywatora oraz warunków glebowych. Masa własna ciągnika sięgająca około 4 000 kg zapewnia dobrą trakcję i stabilność podczas uprawy na miękkiej, świeżo zaoranej roli. Tylni TUZ o udźwigu około 3 000 kg bez problemu podnosi zawieszany kultywator wielorzędowy, co czyni ten model popularnym wyborem do prac uprawowych w średnich gospodarstwach. Ursus C-385 produkowano w latach 1969-1983, a przybliżone ceny rynkowe używanych egzemplarzy w Polsce mieszczą się najczęściej w przedziale 25-45 tys. złotych.
Skanowanie 3D ciągnika: precyzja i szczegóły
Proces skanowania rozpoczyna się od naklejenia tzw. punktów referencyjnych, czyli odblaskowych markerów, dzięki którym skaner mógł się odnaleźć w przestrzeni 3D. Aby skanowanie mogło się odbyć na pojeździe, naklejane są specjalne punkty referencyjne, dzięki którym skaner orientuje się w rzeczywistości 3D.
Następnie można było zacząć skanowanie. Najpierw tworzy się tzw. chmura punktów, którą potem przekształca się w plik typu STL. Podczas skanowania Mariusz Zdanowski nadzorował postępy, uzgadniając szczegóły mocowań przyszłego TUZ-a. Wszystko po to, by traktor był maksymalnie uproszczony w późniejszych kwestiach serwisowych - chodzi tu m.in. o dostępność do filtrów i elementów silnika. TUZ będzie długi, zaczepiony pod tylnym mostem i zwolnicami, po to by dodatkowo wzmocnić konstrukcję. Podczas skanowania możemy od razu zobaczyć postęp prac na komputerze.
Od skanu do gotowego elementu: projektowanie i produkcja
Po skanowaniu następuje projektowanie elementu, a potem produkcja. Zazwyczaj od momentu skanu do wykonania gotowego elementu mija około 2 do 3 miesięcy. Skanowanie maszyny jest o tyle ciekawe, że może dotyczyć każdej maszyny, nie tylko takich projektów jak Zduntrac. Firma Metal-Plast spod Brodnicy może wykonać przedni TUZ praktycznie do każdego ciągnika. W efekcie otrzymujemy model pojazdu lub maszyny, na którym zawarte są wszystkie elementy, które potencjalnie mogą powodować kolizje przy projektowanych częściach roboczych. Dzięki temu już na etapie projektowania części możemy pomyśleć o tym, jak ma przebiegać proces jej montażu, aby nie uszkodzić pozostałych części maszyny. Precyzyjne odtworzenie skanowanej maszyny lub pojazdu umożliwia również określenie trudnych do zmierzenia tradycyjnymi metodami zależności między interesującymi nas punktami mocowania.
Od projektu do wydruku 3D – jak to działa krok po kroku?
Skanowanie 3D w produkcji i utrzymaniu maszyn rolniczych
Skanery 3D są przydatnym narzędziem pracy w realizacji projektów związanych z maszynami i przemysłem ciężkim. Szeroki wachlarz modeli skanerów 3D sprawia, że rozmiar skanowanego obiektu nie stanowi ograniczenia dla tej technologii. Ich zastosowanie wykracza poza jednorazowe modyfikacje, obejmując także prototypowanie i inżynierię odwrotną.
Prototypowanie i testy
Przykładem skutecznego wykorzystania skanowania 3D jest firma Agro-Masz. Każda zaprojektowana w firmie maszyna jest wykonana najpierw w wersji prototypowej, która poddawana jest licznym testom użytkowym, z których najważniejszymi są testy polowe. Po przeprowadzeniu testów polowych części robocze maszyny są demontowane, a w razie konieczności przeprowadzane są modyfikacje konstrukcyjne. Całość ramy jest skanowana za pomocą skanerów 3D w celu określenia odkształcenia ramy. Stopień odkształcenia ramy porównywalny jest do stopnia odkształcenia zatwierdzonego przez projektanta w symulacji MES.
Inżynieria odwrotna i produkcja części zamiennych
Firma planuje w najbliższej przyszłości uruchomić również produkcję części zamiennych do oferowanych na rynku maszyn rolniczych. Z tego względu sprzęt ten będzie wykorzystywany do odwzorowania modelu, w szczególności płaskości detalu oraz otworów montażowych. Wiele części do nowych maszyn pochodzi z zakupu, z oferowanych na rynku gotowych rozwiązań. Ma to szczególne znaczenie w przypadku np. układów hydraulicznych projektowanych specjalnie pod jeden typ maszyn, detali dopasowanych do wymagań projektanta czy też różnego rodzaju pokryw, zabezpieczeń, dopasowanych pod niestandardowe kształty. Takie elementy często nie posiadają dołączonej dokumentacji technicznej, co uniemożliwia weryfikację pasowań i ewentualnych kolizji.
Prócz zastosowań nastawionych na produkcję maszyn rolniczych, firma posiada duży park maszynowy, który wymaga stałego utrzymania ruchu. Aby zapewnić szybką reakcję oraz przywrócić maszynę do pełnej sprawności, stosowana jest inżynieria odwrotna. Szybkie skanowanie uszkodzonego detalu, a następnie jego zaprojektowanie na podstawie skanu 3D, pozwala na produkcję części zamiennej już na obszarze zakładu, co z kolei skutkuje szybkim wznowieniem produkcji.
Zalety mobilnych skanerów 3D
Dzięki mobilności skanerów ręcznych jesteśmy w stanie dotrzeć w wiele trudno dostępnych miejsc i precyzyjnie odwzorować rzeczywiste obiekty, co jest nieocenione w przemyśle ciężkim i przy pracy z dużymi maszynami.