Το 3DHUB με υπερηφάνεια σας παρουσιάζει την ομάδα OCEANOS του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, απαρτίζεται από 16 άτομα και φέτος ήταν η 3η της συμμετοχή στο διεθνή διαγωνισμό Hydrocontest!

Τι είναι το hydrocontest;

Ο διαγωνισμός Hydrocontest απευθύνεται σε νέους φοιτητές ναυπηγικής και μηχανικής, οι οποίοι δεν έχουν συμπληρώσει το 30^ο έτος της ηλικίας τους και έχουν αγάπη για την ναυπηγική την καινοτομία και την πράσινη ενέργεια. Σκοπός του διαγωνισμού είναι η ευαισθητοποίηση των φοιτητών για την ανάγκη αποδοτικών ναυτικών σχεδιασμών και τεχνολογιών, οι οποίοι μπορούν να βρουν εφαρμογές στην βιομηχανία για τη δημιουργία φιλικότερων προς το περιβάλλον επιχειρήσεων και εργασιών.

Ο διαγωνισμός επικεντρώνεται κυρίως στην αποδοτική και γρήγορη σχεδίαση των σκαφών, καθώς όλες οι ομάδες είναι εφοδιασμένες με τον ίδιο ηλεκτροκινητήρα και με την ίδια μπαταρία.

Τα σκάφη που κατασκευάζονται για τον διαγωνισμό πρέπει να χωράνε σε ένα εικονικό κουτί διαστάσεων 2m×2.5m×2.5m. Τα δικά μας σκάφη έχουν τις εξής διαστάσεις:

Lightweight boat

• L = 3.3 m

• B = 0.41 m

• D = 0.28 m

• V = 5.8 m/s

Heavyweight boat

• L = 3.33 m

• B = 0.57 m

• D = 0.45 m

• V = 2.9 m/s

Ο ηλεκτροκινητήρας, παρεχόμενος από την εταιρεία Watt & Sea, που χρησιμοποιούν τα σκάφη έχει ισχύ 1200W στις 2000 rpm. Η μπαταρία που χρησιμοποιείται είναι μια 36 V με 7800 mAh.

Ο διαγωνισμός είναι αγώνες ταχύτητας σε μια διαδρομή 600 m για το Lightweight boat, όπου είναι φορτωμένο με 20 kg, και σε μια διαδρομή 400 m για το Heavyweight boat, όπου είναι φορτωμένο με 200 kg. Η μορφή των αγώνων ταχύτητας είναι η εξής:

• 3 μέρες (Δευτέρα – Τετάρτη) Qualification

• Round 16, όπου τρέχουν 4 σκάφη μαζί με βάση τους χρόνους που είχαν κάνει

• Round 12, όπου ο 2ος και ο 3ος του Round 16 τρέχουν

• Round 8, όπου ο 1ος από το Round 16 τρέχει με τον νικητή από το Round 12

• Semifinals, όπου τρέχουν οι νικητές από τον προηγούμενο Round

• Finals, όπου τρέχουν οι νικητές από τον προηγούμενο Round

Επίσης την τελευταία μέρα υπάρχει και ο αγώνας αντοχής διάρκειας 1 ώρας στον οποίο όλες οι ομάδες διαγωνίζονται ταυτόχρονα στην ίδια πίστα. Σε αυτή τη δοκιμασία κερδίζει η ομάδα, το σκάφος της οποίας θα καταφέρει να μεταφέρει 20kg διανύοντας την μεγαλύτερη απόσταση στον διαθέσιμο χρόνο.

Τι είναι η ομάδα Oceanos NTUA;

Η ομάδα Oceanos NTUA είναι μια φοιτητική ομάδα του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, η οποία δημιουργήθηκε το 2016, ύστερα από πρόσκληση που έλαβε το Πολυτεχνείο να συμμετάσχει στον διαγωνισμό από την διοργάνωση. Φέτος η ομάδα συμμετείχε για τρίτη συνεχόμενη χρονιά στον διαγωνισμό σημειώνοντας συνεχή πρόοδο. Η ομάδα φέτος απαρτιζόταν από 16 ενεργά μέλη, από τα οποία τα 11 πήγαν στον διαγωνισμό που έγινε στο Saint-Tropez της νότιας Γαλλίας.

Η προετοιμασία της ομάδας ξεκίνησε από Οκτώβρη του 2017 και εργάστηκε μέχρι το τέλος του διαγωνισμού (10 Σεπτέμβρη 2018). Το φετινό project απασχόλησε το κάθε μέλος της ομάδας σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα ανάλογα με την εργασία που είχε αναλάβει ο καθένας. Φυσικά υπήρχαν μερικά μέλη της ομάδας που έτρεχαν το project σε όλη την περίοδό του.

Με τι ασχολείται η ομάδα;

Η ομάδα αποτελείται κυρίως από προπτυχιακούς φοιτητές που μοιράζονται κοινά ερευνητικά ενδιαφέροντα ενώ καλούνται να συνεργαστούν υλοποιώντας στην πράξη την τεχνογνωσία που διδάσκονται και αναπτύσσουν.

Στην χρονιά που πέρασε, επικεντρωθήκαμε στην βελτιστοποίηση και την μετασκευή των σκάφων που κατασκευάστηκαν το 2017. Για την καλύτερη οργάνωση εργασιών δημιουργήθηκαν τμήμα R&D (Research and Development), τμήμα Electronics και τμήμα Logistics & Marketing. Στο τμήμα R&D, υπήρχαν οι εξής υποομάδες:

• Propulsion Systems and 3D-printing technologies

• Trimaran project

• Hydrofoils research

Η υποστήριξη της ομάδας από μέλη της ερευνητικής και πειραματικής κοινότητας της Σχολής των Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ υπήρξε καθοριστική, καθώς αγκάλιασαν θερμά την προσπάθεια αυτή ενώ μας ενθάρρυναν να παίρνουμε πρωτοβουλίες και να πειραματιζόμαστε.

Εμπειρία που αποκομίσαμε

Η εμπειρία που αποκομίσαμε είναι τεράστια και σε πολλούς διαφορετικούς τομείς. Πρώτα από όλα, πήγαμε τις γνώσεις μας ένα βήμα παραπέρα και καταφέραμε να συνδέσουμε την θεωρία με την πράξη, κάτι που λείπει, σε γενικές γραμμές, από τα ελληνικά πανεπιστήμια.

Ύστερα, μέσα από την ομάδα αναπτύσσεις τα soft skills σου, καθώς συναναστρέφεσαι με άλλους ανθρώπους και το έργο που παράγεται, προκύπτει μέσα ομαδική προσπάθεια. Ακόμα, η διαχείριση χρόνου και η οργάνωση της ομάδας ώστε να φτάσεις στο επιθυμητό αποτέλεσμα και στην επίτευξη των στόχων είναι σημαντικό να τονιστούν, γιατί παίζουν σημαντικό ρόλο και δεν είναι εύκολο να καλλιεργήσεις, αν δεν σου δοθεί αντίστοιχη ευκαιρία.

Χορηγοί

Οι χορηγοί της ομάδας είναι πολύ σημαντικοί για εμάς και έχουν ζωτικό χαρακτήρα, καθώς η χρηματοδότηση έρχεται μόνο από αυτούς και τους ευχαριστούμε πάρα πολύ. Γενικά, δεν υπάρχει κάποιος συγκεκριμένος τρόπος προσέγγισης. Απευθυνόμαστε, κυρίως σε ανθρώπους που ασχολούνται με την ναυτιλία, ώστε να μας γνωρίσουν και να τους περάσουμε το πνεύμα του διαγωνισμού, αλλά ταυτόχρονα ασχολούμαστε και με όλους όσοι ακόμη υποστηρίζουν την προσπάθεια μας.

Ειδική αναφορά θα θέλαμε να κάνουμε στην εταιρεία BETA CAE Systems, η οποία χρηματοδότησε την ομάδα και ταυτόχρονα μας έδωσε πρόσβαση στα προγράμματά της (CFD, FEA), τα οποία είναι ιδιαίτερα σημαντικά στην έρευνα μας.

Πορεία της ομάδας

Όπως προαναφέρθηκε η ομάδα φέτος συμμετείχε για Τρίτη φορά στον διαγωνισμό με εξίσου καλή πορεία όπως τις προηγούμενες χρονιές. Συγκεκριμένα στην κατηγορία Lightweight η ομάδα πήρε την 5 θέση, στην κατηγορία Heavyweight η ομάδα κατετάγη στην 13 θέση και στο Long Distance Race η ομάδα κατετάγη στην 11 θέση, μεταξύ 29 πανεπιστημίων από όλο τον κόσμο. Σε αυτές τις επιτυχίες, συνέλαβε σημαντικά το γεγονός ότι κατασκευάσαμε μία προπέλα για κάθε ένα από τα τρία αγωνίσματα στα οποία συμμετείχαμε, δίνοντας έμφαση σε παραμέτρους κλειδί για κάθε αγώνισμα.

Μέσω των τεχνολογιών εκτύπωσης 3D–Printing κατέστει δυνατή η κατασκευή προτοτύπων σε εξαιρετικά σύντομο χρόνο, επιτρέποντας στην ομάδα του R&D να δοκιμάσει σε συνθήκες θάλασσας τις προτεινόμενες γεωμετρίες και να προετοιμαστεί για τα αγωνίσματα. Τα μοντέλα αυτά μπορεί να ήταν από σχεδιαστική και μηχανική άποψη απαιτήτικα, αλλά η μεγάλη ποικιλία διαθέσιμων υλικών και τεχνικών εκτύπωσης σήμερα σαφώς ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις αυτές. Για τις ανάγκες του διαγωνισμού τα τεμάχια που εκτυπώθηκαν με SLA μεθόδους ήταν τα πιο επιτυχημένα!

Η συνολική εμπειρία μας ωστόσο από την κατασκευή ελίκων με τεχνολογίες 3D–Printing ήταν τόσο θετική που θα σκοπεύουμε να τις χρησιμοποιούμε και στο μέλλον.

Μελέτη και κατασκευή Προπέλων

Όπως προαναφέρθηκε, η ομάδα επικεντρώθηκε φέτος στην βελτιστοποίηση των ήδη υπάρχοντων σκαφών. Ένα από τα κομμάτια που ασχολήθηκε η ομάδα είναι η βελτιστοποίηση της πρόωσης των σκαφών.

Αυτό επιτεύχθηκε με την μελέτη και κατασκευή κατάλληλων προπελών για το κάθε σκάφος ξεχωριστά, ώστε να επιτύχουμε μεγαλύτερη ταχύτητα, διατηρώντας σταθερή την κατανάλωση.

Όσο αναφορά την μελέτη των προπελών, για τον αρχικό καθορισμό των διαστάσεων και της μορφής που θα έχουν, χρησιμοποιήθηκε λογισμικό του εργαστηρίου Υδροδυναμικής της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών.

Για τον σχεδιασμό της τρισδιάστατης γεωμετρίας των προπελών και την προετοιμασία του αρχείου για τον 3d–printer χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Rhinoceros.

Για την κατασκευή των προπελών υπήρχαν διαθέσιμοι αρκετοί διαφορετικοί τρόποι, ο καθένας με τα πλεονεκτήματα του και τα μειονεκτήματα του. Οι διαθέσιμοι τρόποι που υπήρχαν ήταν η κατασκευή καλουπιού από όπου θα εξαγόταν η προπέλα, η κοπή με CNC και η 3D εκτύπωση. Ύστερα από σύγκριση αυτών των μεθόδων καταλήξαμε στην 3D εκτύπωση, διότι η κατασκευή καλουπιού ήταν πολύ χρονοβόρα, με μεγάλο κόστος και με την πιθανότητα το τελικό προϊόν να χρειαζόταν περεταίρω επεξεργασία στην επιφάνεια.

Η κοπή με CNC είναι αρκετά ακριβή για τις ανοχές που θέλαμε και αρκετά απαιτητική για την γεωμετρία που θέλαμε. Επομένως καταλήξαμε στην 3D εκτύπωση, καθώς ήταν πιο οικονομική και γρήγορη από τις άλλες δυο μεθόδους, χωρίς όμως να υστερεί στην επιφάνεια του τελικού προϊόντος και στην τελική αντοχή της προπέλας που είναι οι δυο πιο σημαντικοί παράγοντες που ψάχναμε.

Οι τελικές δοκιμές για τις προπέλες έγιναν κατευθείαν στην θάλασσα, όπου μέσω των δεδομένων live τηλεμετρίας διαπιστώσαμε ότι ανταποκρίθηκαν στις προσδοκίες μας που είχαμε κατά το στάδιο της μελέτης.

Επιλογή υλικού και τεχνικής για την καλύτερη ποιότητα

Στον χώρο του 3D Printing, υπάρχουν πολλά διαφορετικά υλικά, μέθοδοι και εκτυπωτές στην αγορά. Οι προπέλες, όμως, έχουν πολύ περίπλοκη γεωμετρία και χαρακτηριστικά, καθώς επίσης πρέπει να έχουν και την απαραίτητη στιβαρότητα και αντοχή καθώς δέχονται πολύ μεγάλες πιέσεις και δυνάμεις. Έχοντας υπόψιν όλα τα παραπάνω, έπρεπε να βρούμε έναν εκτυπωτή με πολύ καλή ακρίβεια και ένα υλικό που θα διαθέτει τις ιδιότητες που θέλουμε. Ύστερα από αρκετό ψάξιμο και επαφές με διάφορες εταιρείες 3D Printing, και δοκιμές/συγκρίσεις με άλλες τεχνολογίες, καταλήξαμε σε έναν SLA εκτυπωτή της Formlabs, διότι η ποιότητα της επιφάνειας που βγάζει είναι πολύ καλή σε σημείο που δεν θέλει καμία επεξεργασία μετά, και η ακρίβεια που προσφέρει είναι στα επιθυμητά επίπεδα. Τον εκτυπωτή αυτό τον αντιπροσωπεύει Ελλάδα και Κύπρο η 3DHUB.gr, η οποία προσφέρθηκε να μας βοηθήσει στην προσπάθεια μας, παρέχοντας τόσο εκτυπώσεις αλλά και τεχνικές κατευθύνσεις για να κατανοήσουμε την διαδικασία της εκτύπωσης και να επιλύσουμε διάφορα προβλήματα που μπορεί να αντιμετωπίζαμε.

Έπειτα από δοκιμές και μελέτη όλων των διαθέσιμων υλικών και των σχετικών technical datasheet, καταλήξαμε μαζί στην Rigid Resin σαν το πιο κατάλληλο υλικό με το οποίο θα γινόταν η εκτύπωση των τελικών μοντέλων, καθώς η στιβαρότητα, η μειωμένη ελαστικότητα και οι αντοχές του υλικού αυτού κάλυπταν και με τα παραπάνω τις απαιτήσεις που είχαμε για την αντοχή της προπέλας, τόσο στη φάση των δοκιμών και του prototyping αλλά και για το απαιτητικό αγωνιστικό κομμάτι.

Η επιτυχία των τεμαχίων που κατασκευάστηκαν επιβεβαιώθηκε κατά την διάρκεια του διαγωνισμού, δεδομένου ότι ανταποκρίθηκαν στις απαιτήσεις σχεδίασης για την λειτουργία σε πραγματικές καταστάσεις θάλασσας!

Η ερευνητική δραστηριότητα της ομάδας Oceanos θα συνεχίσει και την ερχόμενη χρονιά με έμφαση στην καινοτομία και την ενεργειακή αποδοτικότητα στις θαλάσσιες μεταφορές.

Η εκτύπωση τεμαχίων με μέθοδους εκτύπωσης 3D–Printing θα ενταχθεί πλήρως στην διαδικασία παραγωγής προτοτύπων τόσο για τις έλικες όσο και για άλλα τεμάχια, ενώ στόχος μας είναι να δοκιμάσουμε νέα υλικά και μεθόδους εκτύπωσης.

Ανεβλαβή Δήμητρα – Propeller research

Μανίκας Νικόλαος – Propeller research

Τζανέτος Σωκράτης – Team Leader

Φουντούλη Κωνσταντίνα – Team Leader

Τσιούμας Πάνος – Hydrodynamic Design

Βλαχάκης Νικόλαος – Electronics

Σαμπεθάι Ορέστης – Electronics

Παγώνας Θανάσης – Construction

Μπορείτε να τους ακολουθήσετε και online http://www.oceanos-ntua.gr/

Facebook: https://www.facebook.com/hydrocontest.ntua/

Instagram: @oceanos_ntua https://www.instagram.com/oceanos_ntua/