Công nghệ đo lường 3D mang lại lợi thế cho các vận động viên Thế vận hội

Ngày tạo: 08/01/2021 4:24:33 CH

Luge, là từ tiếng Pháp để chỉ xe trượt tuyết đua, được nhiều người coi là một môn thể thao mạo hiểm. Nó liên quan đến việc các vận động viên nằm ngửa trên một chiếc xe trượt tuyết nhỏ với bàn chân duỗi thẳng phía trước và đua xuống một đường đua băng giá cao với tốc độ nhanh tới 140 km / h (90 dặm / giờ) mà không cần phanh. Dựa vào phản xạ để đánh lái, các tay đua luge không có biện pháp bảo vệ nếu phạm phải sai lầm nhỏ nhất. Với mục đích về cuối đường đua trong thời gian nhanh nhất có thể, mỗi phần nghìn giây đều có giá trị và thường tạo nên sự khác biệt giữa bục vinh quang Olympic và chú thích lịch sử.

Vận động viên 5 lần Mark Grimmette (huy chương đồng ở Nagano và huy chương bạc ở Thành phố Salt Lake ở nội dung đôi), hiện là Giám đốc chương trình thể thao tại USA Luge, và vận động viên ba lần đạt huy chương bạc ở Nagano ở nội dung đôi), hiện là Giám đốc của Tiếp thị và tài trợ tại USA Luge, biết các kỹ năng cần thiết để hướng dẫn một chiếc 22kg (50lb) trượt xuống một máng trượt băng giá. Các vận động viên không chỉ phải duy trì thể chất tốt để điều khiển xe trượt ở tốc độ cao mà còn phải dựa vào các thiết bị đua tiên tiến để thách thức các đội dẫn đầu trong các cuộc thi đấu luge quốc tế.

Cùng với Jon Owen, Olympian 1988 và Giám đốc chương trình kỹ thuật của Hoa Kỳ Luge, họ bắt tay vào tìm kiếm câu trả lời cho những câu hỏi sau:

Làm thế nào những chiếc xe trượt tuyết thoải mái hơn có thể được sản xuất để phù hợp hơn với cơ thể của từng vận động viên và cho phép họ lái xe trượt tuyết chính xác hơn và cuối cùng, nhanh hơn?
Làm cách nào để cải thiện tính khí động học để tạo điều kiện thuận lợi cho vận động viên chạy trên đường chạy có bờ dốc và dốc?
Làm thế nào để các bộ phận thiết bị hoạt động tốt trên các đường đua cụ thể và trong các cuộc đua cụ thể có thể được lập danh mục và tái tạo một cách nhanh chóng và dễ dàng?

Khi vận động viên người Mỹ Chris Mazdzer giành huy chương bạc tại Thế vận hội 2018 ở PyeongChang, đó là lần đầu tiên lịch sử đối với Hoa Kỳ Luge, vì chưa có vận động viên nào từng giành huy chương trong nội dung đơn nam tại Thế vận hội mùa đông. Trước khi chiến thắng tại Thế vận hội, Mazdzer và USA Luge đã trải qua nhiều bài kiểm tra trong nhiệm vụ đi nhanh nhất có thể và giảm lực cản của gió xuống mức tối thiểu.

Những chiếc xe trượt tuyết do USA Luge sử dụng được thiết kế và chế tạo với sự hỗ trợ của những phát triển mới nhất trong công nghệ thiết kế bằng cách sử dụng các quy trình sản xuất cụ thể có thể so sánh với quy trình sản xuất được sử dụng trong Công thức 1. Xét cho cùng, những chiếc xe trượt đua này là những bộ máy khí động học được xây dựng bằng sợi thủy tinh, vật liệu tổng hợp và thép cưỡi trên hai người chạy được đánh bóng cao và có thể đạt tốc độ tối đa hơn 140 km / h (90 dặm / giờ) qua các khúc cua kẹp tóc, bờ dốc và dốc mạnh.

A Luge Sled: Máy công nghệ cao

Với sự trợ giúp của các chương trình nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ, chú trọng nhiều vào công nghệ phân tích và thể thao, xe trượt tuyết luge được thiết kế cho khí động học tối đa, ma sát tối thiểu và tốc độ tối đa.

Được điều chỉnh cho phù hợp với cơ thể của mỗi thanh trượt, dựa trên chiều cao, cân nặng và tỷ lệ của người đó, xe trượt luge chủ yếu bao gồm:

Hai loại thép là bộ phận duy nhất của xe trượt tuyết dính vào băng. Chúng được làm bằng kim loại và đủ sắc để duy trì khả năng kiểm soát nhưng không quá sắc để tạo thêm ma sát.
Hai cây cầu kết nối người chạy với và hỗ trợ vỏ.
Hai người chạy (bằng kufens) thường được làm bằng sợi thủy tinh và là cơ cấu lái chính của xe trượt tuyết. Phần cong (hoặc sừng) của mỗi người chạy linh hoạt. Sử dụng chân và mắt cá chân của họ, các thanh trượt tạo áp lực lên sừng này hoặc sừng kia để lái qua đường trượt. (Họ cũng có thể chỉ đạo bằng cách thực hiện các chuyển động nhỏ với vai để chuyển trọng lượng của họ.)
Podis đua xe là nền tảng mà thanh trượt nằm trên đó. Nó thường được làm bằng sợi thủy tinh.

Tư vấn và Hỗ trợ trong Quét 3D, Lập mô hình 3D và Kỹ thuật Đảo ngược

Biết rằng các huy chương trong luge sẽ nằm ngoài tầm với nếu không có xe trượt công nghệ cao, USA Luge đã phát triển quan hệ đối tác kỹ thuật mạnh mẽ để nâng cao kiến thức của họ về khoa học, kỹ thuật và công nghệ nhằm xây dựng những chiếc xe trượt hiện đại và chiếm vị trí trung tâm trên trường quốc tế.

Các cuộc thảo luận giữa Jon Owen, Mark Grimmette và nhóm Creaform về ý tưởng đưa công nghệ đo lường 3D vào quá trình thiết kế và phát triển của xe trượt tuyết luge tiên tiến đã bắt đầu trong Triển lãm Công nghệ Sản xuất Quốc tế (IMTS) vài năm trước. USA Luge đang tìm kiếm lời khuyên và hỗ trợ từ công ty hàng đầu thị trường về quét 3D để tăng hiệu suất của xe trượt tuyết bằng cách cải thiện vị trí của vận động viên trên vỏ và nâng cao tính khí động học. Mark Grimmette cho biết: “Mục tiêu của chúng tôi vẫn là làm cho thiết bị thoải mái hơn và khí động học hơn cho các vận động viên của chúng tôi,“ để họ có thể lái xe trượt tuyết tốt hơn, dễ dàng hơn, nhanh hơn và đạt được kết quả như mong muốn ”.

Có thể quét 3D là giải pháp để trừ đi một phần mười giây quý giá cần thiết để dẫn đường trượt của Mỹ đến với thời gian nhanh nhất tại Thế vận hội 2022 ở Trung Quốc? Để tìm kiếm câu trả lời này, Creaform và USA Luge đã hợp tác trong các dự án sau.

Tái tạo một bộ thép chiến thắng với quét 3D

Sau thành công của Summer Britcher tại World Cup trên đường đua Oberhof ở Đức, USA Luge muốn mô tả bộ thép giúp vận động viên thành công và giành được huy chương đáng mơ ước. Bằng cách này, nhóm có thể hiểu rõ hơn về các điều kiện tối ưu dẫn đến kết quả này trên đường đua cụ thể này. Họ có thể lập danh mục các thiết bị hoạt động tốt trong các cuộc đua và xây dựng cơ sở dữ liệu để tìm ra điểm tương đồng giữa thiết bị chiến thắng, vận động viên và đường đua.

Hơn nữa, nhờ máy quét 3D HandySCAN và công nghệ laser xanh của nó, cung cấp độ phân giải mắt lưới 0,1mm, nhóm có thể nắm bắt các chi tiết tốt nhất của các loại thép chiến thắng với độ phân giải cần thiết để tái tạo chúng cho các cuộc đua trong tương lai và do đó, lặp lại thu được thành công.

Cải thiện hình dạng khí động học của mỗi nhóm vận động viên bằng chế tạo phụ gia và quét 3D

Trước khi đưa tính năng quét 3D vào quy trình sản xuất, nhiệm vụ chỉnh sửa vỏ máy cho phù hợp với cơ thể vận động viên được thực hiện bằng tay, đòi hỏi nhiều lần lặp lại thiết kế để làm cho nền tảng đua xe hoàn hảo nhất có thể. Sau đó, nhóm kỹ thuật đã chế tạo một khuôn từ vỏ quả được làm theo yêu cầu này để tái tạo hình dạng chính xác của nó cho các quả được sử dụng trong cuộc thi. Tuy nhiên, nếu nhóm cần điều chỉnh sau khi kiểm tra khí động học trong đường hầm gió, thì nhóm nghiên cứu không có khả năng sửa đổi.

Jon Owen cho biết: “Chúng tôi thực hiện rất nhiều thử nghiệm trong đường hầm gió về tính khí động học. “Mỗi khi chúng tôi ở trong phòng thí nghiệm đường hầm gió — trong một môi trường được kiểm soát — và chúng tôi có con số ở phía trước, không có cuộc đua diễn ra với cảm xúc và sự phô trương, bạn biết rằng nếu bạn có thể điều chỉnh điều đó và làm điều đó, nó sẽ nâng cao hiệu suất của chúng tôi. Với máy quét 3D cầm tay Creaform, đây chính xác là những gì đang xảy ra. "

Giờ đây, nhờ tính năng quét 3D, quá trình sản xuất đã trở nên hiệu quả hơn. Sau khi định hình thiết kế của nhóm bằng tay, mô hình sẽ được quét 3D và phần mềm xử lý hậu kỳ VXmodel quét sang CAD được sử dụng để xác minh rằng tất cả các bề mặt đều đẹp và mịn, không có khuyết tật và đối xứng từ trái sang phải. Nếu cần thay đổi — dựa trên thông tin khí động học mới — có thể dễ dàng điều chỉnh chúng trong mô hình CAD. Sau đó, đội ngũ kỹ thuật có thể in 3D khuôn và chế tạo vỏ, giờ đây chính xác hơn so với quy trình sản xuất cũ.

Xây dựng và tái tạo các hình dạng hữu cơ phức tạp

Sừng là bộ phận độc đáo, khác nhau đối với mỗi vận động viên và khó tái tạo do hình dạng hữu cơ phức tạp của chúng. Bởi vì mỗi thanh trượt đều có chiều dài chân và hình dạng chân khác nhau, đặc biệt là trong đồ đôi, nên phần đặc biệt này phải vừa vặn hoàn hảo. “Đặc biệt là trong khu vực đó,” Jon Owen nhấn mạnh, “bởi vì nó là thứ đầu tiên mà gió nhìn thấy ở phía trước xe trượt, mọi thứ cần phải gọn gàng và ngăn nắp nhất có thể.”

Bằng cách sử dụng HandySCAN 3D, Team USA đã có thể dễ dàng quét các hình dạng hữu cơ phức tạp này để làm nhỏ hơn kích thước và gắn chúng vào phần còn lại của con chạy và bọc chúng bằng sợi carbon. Đây là một bước khác của quy trình sản xuất tẻ nhạt trước khi Creaform xuất hiện. Mark Grimmette cho biết thêm: “3D Scanning đang giúp chúng tôi xây dựng và tái tạo các bộ phận phức tạp như vậy một cách đơn giản, dễ dàng và nhanh chóng hơn nhiều.

Tầm nhìn cho Thế vận hội mùa đông 2022 ở Trung Quốc

Với sự trợ giúp của dịch vụ đo lường Creaform và dịch vụ kỹ thuật Creaform, Luge USA đã có thể quét 3D thiết bị của họ để tạo khuôn bằng công nghệ Mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM). Nhóm kỹ thuật đã chọn công nghệ quét 3D và in 3D, thông qua sự hợp tác của họ với Stratasys, thay vì các phương pháp đúc truyền thống hơn vì khả năng và tính linh hoạt của chúng để lặp lại nhanh chóng và hiệu quả hơn, cho phép nhóm thử nhiều phiên bản khác nhau của xe trượt tuyết trước đây khởi hành trên đường đua cho một cuộc thi.

Jon Owen cho biết thêm: “Creaform giúp chúng tôi tinh chỉnh quy trình phát triển sản phẩm của mình và chúng tôi không thể làm được điều đó nếu không có sự trợ giúp của họ. “Chúng tôi thực sự vui mừng về triển vọng dài hạn cho tương lai và cách chúng tôi có thể tiếp tục cải thiện quy trình và hiệu suất của mình.”

Hai năm tới sẽ rất thú vị, vì các bộ phận mới sẽ được bổ sung cho xe trượt. Creaform rất mong được chứng kiến màn trình diễn của các vận động viên và những cải tiến mà công nghệ quét 3D di động sẽ mang lại cho việc thiết kế và sản xuất xe trượt tuyết.