Cummins utiliza Software Geomagic e Impresión 3D en metal para poner a correr de nuevo un auto de carreras de 1952 50% más rápido

La fabricación aditiva de metales y el software de ingeniería inversa e inspección Geomagic ayudan a construir piezas clásicas de forma rápida y rentable.

El #28 Cummins Diesel Special sorprendió al mundo de las carreras en 1952 cuando capturó la pole position en las 500 DeNápolis (Indy 500) con el tiempo de vuelta más rápido de la historia. Esta hazaña, junto con muchas otras innovaciones del coche, le ganó un lugar prominente en la historia de las carreras.

Sesenta y cinco años más tarde, #28 fue invitado al Festival de Velocidad de Goodwood en el Reino Unido para participar en el legendario Goodwood Hillclimb junto con cientos de coches modernos y patrimoniales. Mientras preparaban #28, los ingenieros de Cummins descubrieron que la bomba de agua estaba tan corroída que probablemente no sobreviviría al evento. Si el coche #28 iba a llegar a Goodwood en orden de trabajo, necesitaba una nueva bomba de agua.

La bomba de agua original era un diseño único específico para el #28 coche, lo que significaba que ninguna pieza de producción de repuesto encajaría en la factura. Para complicar aún más las cosas, tuvieron que enviar #28 en cuestión de semanas, lo que descartó que los métodos tradicionales de fundición de arena fueran inviables para una pieza de reemplazo dado un plazo estimado de 10 semanas. En su lugar, los ingenieros de Cummins recurrieron a la ingeniería inversa y la fabricación de aditivos metálicos (AM) utilizando una impresora 3D de metal ProX DMP 320 de 3D Systems con la ayuda de 3rd Dimension Industrial 3D Printing, un fabricante de metales de producción de alta calidad especializado en impresión 3D directa de metal (DMP). La nueva bomba de agua se imprimió en 3D en sólo tres días y todo el proceso tomó cinco semanas en lugar de 10.

#28 Cummins Diesel Special at the 1952 Indy 500

Una página fuera del historial de carreras

#28 fue el primer coche Indy 500 equipado con un turbocompresor y el primero cuya aerodinámica se optimizó en un túnel de viento. Corrió sus cuatro vueltas clasificatorias a una velocidad promedio récord de 138.010 mph.

Desde su trascendental carrera en 1952, #28 se ha exhibido en el Indianapolis Motor Speedway MuseumOriginal water pump showing severe pitting and corrosion y el edificio de oficinas corporativas de Cummins. En 1969, #28 corrió una vuelta alrededor de la pista de Indy antes del inicio de la carrera para celebrar la celebración del 50 aniversario de Cummins. La última vez #28 corrió fue en el Festival de Velocidad de Goodwood a finales de la década de 1990.

“Mientras preparamos el coche para funcionar de nuevo por primera vez en casi 20 años, notamos picaduras de picaduras graves y corrosión en la bomba de agua”, dijo Greg Haines, líder de diseño y desarrollo para el motor X15 y miembro del equipo de historia y restauración de Cummins. “En algunos lugares, la carcasa se enfrentó hasta el final y sólo se le impidió que se filtraran por depósitos minerales que cubrieron los agujeros. Necesitábamos una nueva vivienda rápidamente si cumplíamos con nuestro compromiso de dirigir el coche en Goodwood”.

Carreras para producir una nueva bomba de agua

El método de línea de base para construir una nueva carcasa de bomba es el mismo método que utilizó para construir la bomba original: mecanizar un patrón de plástico o madera y usarlo para formar un molde de arena para la fundición. Usando este método, habría tomado alrededor de 10 semanas construir una sola vivienda, descartando una carrera en Goodwood. El tiempo de entrega de la nueva carcasa de la bomba de agua podría haberse reducido imprimiendo en 3D el nuevo patrón de fundición o incluso imprimiendo en 3D el molde de fundición de arena en sí, pero las mayores ganancias de productividad disponibles se debieron al pasar por alto el proceso de fundición por completo y utilizando la ingeniería inversa y la impresión 3D para producir la pieza final directamente en solo cinco semanas, un 50 por ciento más rápido.

Escaneo

Los ingenieros de Cummins comenzaron escaneando la carcasa de la bomba de agua existente con un Inspecting water pump in Geomagic Control Xescáner de TC. Seleccionaron un escáner de tomografía computarizada porque la bomba contenía muchos socavones y otras geometrías internas que habrían sido imposibles de capturar con un escáner láser u otra herramienta de imágenes de línea de visión.

Inspección

Para verificar que los datos de escaneo eran precisos antes de avanzar, los ingenieros importaron los datos de nube de puntos generados por el escáner CT en el software de inspección y metrología Geomagic Control X donde separaron y alinearon la geometría interna y externa de la bomba.

“Para un proyecto como este, normalmente separamos la geometría de voluta interna del cuerpo para que podamos modelarla como un núcleo y hacer una comparación con los datos de la nube de puntos para asegurarnos de que todo nuestro trabajo sea preciso”, dijo Chris George, líder del equipo del modelo CAD maestro para el diseño avanzado del sistema para Cummins.

Ingeniería inversa

Con una buena geometría de escaneo para poner en marcha su trabajo de diseño, Cummins utilizó el Comparing water pump CAD model to scan data in Geomagic Design Xsoftware de ingeniería inversa Geomagic Design X para convertir la nube de puntos en un modelo sólido no paramétrico para realizar comprobaciones de ajuste CAD. Estas comprobaciones ayudaron al equipo de Cummins a determinar las dimensiones de montaje adecuadas para el impulsor y el eje y cómo todo encajaría y sellaría en última instancia.

Según George, Cummins utiliza Geomagic Control X y Geomagic Design X como su software principal para la manipulación de nubes de puntos. “El software Geomagic de 3D Systems proporciona una solución completa para procesar e inspeccionar datos de escaneo y convertirlos en un modelo sólido”, dice. “Los utilizamos para cada proyecto de ingeniería inversa que hacemos, que a menudo requiere reconciliaciones geométricas, análisis de elementos finitos de la estructura y el flujo, y comparaciones de modelo a escaneo reportadas a nuestros clientes de ingeniería”.

Diseño

Debido a la corrosión significativa de la pieza original, Cummins no pudo utilizar el modelo creado a Designing new water pump in Creopartir de los datos escaneados como base para la impresión 3D. En su lugar, los ingenieros de Cummins importaron el modelo no paramétrico en el software CAD PTC Creo® 3D para actuar como plantilla para crear un modelo paramétrico. A la luz del daño físico a la bomba escaneada, el equipo de Cummins tuvo que tomar decisiones informadas a medida que modelaban el reemplazo en 3D para lograr un modelo final funcional.

Impresión 3D

A continuación, enviaron este archivo al equipo de 3rd Dimension, que lo limpió, lo analizó para obtener una orientación óptima de la impresión y asignó soportes para una impresión estable. Los ingenieros de 3a dimensión cortaron y incubaron la pieza para definir el movimiento del láser durante la construcción.

Aunque la carcasa original de la bomba de agua había sido hecha de magnesio para ayudar a reducir el peso, la susceptibilidad del magnesio a la corrosión después de la exposición prolongada al agua y al refrigerante era un factor importante en el problema que Cummins estaba tratando de resolver. Por lo tanto, 3rd Dimension fabricó la pieza final impresa en 3D utilizando material de acero inoxidable LaserForm 316-L en una impresora 3D de metal ProX DMP 320.

“El mayor volumen de compilación del ProX DMP 320 nos permitió tener algunas opciones adicionales New 3D-printed water pump with impeller assemblycon orientación de piezas, lo que nos ayudó a optimizar los soportes, y la velocidad de impresión nos permitió hacer la impresión en el tiempo que tuvimos”, dijo Bob Markley, presidente de 3rd Dimension. “El ProX DMP 320 tampoco utiliza un aglutinante para unir el material, lo que significa que la salida es una aleación pura que funciona como metal real, porque es metal real. Este es un beneficio para el rendimiento de la pieza final dado el entorno operativo.”

Sólo tres días después de recibir el archivo 3D de la geometría de la bomba de agua, 3rd Dimension envió Cummins la carcasa de la bomba completa.

Hacer historia de carreras de nuevo

La carcasa se acoplaba perfectamente con los otros componentes de la bomba y proporcionaba un rendimiento similar para más de seis carreras de Goodwood Hillclimb. Al igual que en Indy, #28 emocionó a los fans de Goodwood y apareció en “The 10 Best Things We Saw at the 2017 Goodwood Festival of Speed” por la revista Car and Driver.

Además, al igual que lo hizo para el 50 aniversario de Cummins en 1969, la #28 tuvo un papel destacado en la celebración del 100 aniversario de Cummins al correr una vuelta dedes alrededor de la pista antes del inicio de la carrera Indy 500 de 2019.