Từ hàng nghìn năm trước, con người đã không ngừng tìm cách di chuyển nhanh hơn. Từ việc thuần hóa động vật đến phát triển những cỗ máy hiện đại, nhu cầu chinh phục tốc độ luôn là một trong những động lực thúc đẩy sự phát triển của công nghệ. Trong ngành hàng hải, công nghệ quét 3D đang mở ra những phương pháp mới để đo đạc, kiểm tra và phục hồi các phương tiện có kết cấu phức tạp. Một trong những ví dụ tiêu biểu là quá trình phục hồi một chiếc tàu cánh ngầm huyền thoại từng lập nhiều kỷ lục về tốc độ.
Tàu cánh ngầm (thuyền buồm bay) là một loại phương tiện thủy được thiết kế với các cánh nâng nằm dưới thân tàu. Khi tàu đạt đến một tốc độ nhất định, các cánh này tạo ra lực nâng, đưa phần thân tàu lên khỏi mặt nước.
Thiết kế này giúp tàu đạt tốc độ cao hơn đáng kể. Khi phần thân tàu được nâng lên, diện tích tiếp xúc với nước giảm đáng kể, từ đó làm giảm lực cản và giúp tàu di chuyển nhanh hơn.
Cơ chế hoạt động này có phần tương đồng với tàu đệm từ, khi phương tiện được nâng lên khỏi bề mặt đường ray để giảm ma sát và tăng hiệu suất chuyển động.
Một trong những tàu cánh ngầm nổi tiếng nhất là L'Hydroptère, được đưa xuống biển lần đầu vào năm 1994. Đây là sản phẩm của các nhà thiết kế Éric Tabarly và Alain Thébault, được chế tạo với sự tham gia của nhiều ngành công nghiệp lớn tại Pháp.
Con tàu được biết đến là chiếc thuyền buồm đầu tiên vượt qua cột mốc gần 50 hải lý/giờ và từng được ví như “Chuyên cơ Concorde trên biển”. Với thiết kế tàu ba thân cánh ngầm đặc biệt, L'Hydroptère đã trở thành một biểu tượng về tốc độ và kỹ thuật hàng hải.
.jpg)
Sau nhiều năm hoạt động và một thời gian bị bỏ lại tại một cảng ở Hawaii, con tàu được một đội ngũ chuyên trách tiếp quản và bắt đầu quá trình phục hồi toàn diện.
Mục tiêu của dự án không chỉ là đưa con tàu trở lại trạng thái hoạt động mà còn bảo tồn một công trình kỹ thuật hàng hải có giá trị lịch sử.
Để thực hiện quá trình phục hồi, đội ngũ kỹ thuật cần một giải pháp đo lường 3D có khả năng:
Quét 3D vật thể bằng tia laser được lựa chọn để đáp ứng những yêu cầu này.
Máy quét 3D cầm tay cho phép thu thập dữ liệu hình học của các chi tiết trực tiếp trên tàu, thay vì phải tháo chi tiết và vận chuyển đến một cơ sở đo lường chuyên dụng.
Một trong những hạng mục quan trọng trong quá trình phục hồi là thay thế một chi tiết liên kết bằng nhôm bằng phiên bản mới làm từ titan.
Chi tiết này phải chịu tải trọng hơn 50 tấn, do đó vật liệu mới cần có độ bền cao hơn và khả năng chống chịu tốt hơn trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Chi tiết ban đầu được chế tạo từ nhôm 7175 cấp hàng không vũ trụ. Đây là vật liệu có ưu điểm nhẹ nhưng khả năng chịu tải trong thời gian dài thấp hơn so với titan.
Titan được ưu tiên nhờ khả năng chịu lực tốt nhưng vẫn duy trì trọng lượng tương đối nhẹ. So với nhôm, titan có độ bền lớn hơn nhưng vẫn duy trì trọng lượng tương đối nhẹ. Vật liệu này cũng có khả năng chống mỏi và biến dạng tốt hơn khi phải chịu tải trọng lặp đi lặp lại.
Tuy nhiên, việc chế tạo chi tiết titan mới không đơn giản. Chi tiết có hình dạng tùy chỉnh và phải lắp chính xác vào kết cấu hiện hữu của tàu.
Do đó, trước khi gia công, các kỹ sư cần có dữ liệu hình học chính xác của chi tiết và các khu vực kết nối xung quanh. Đây chính là lúc máy quét 3D công nghiệp phát huy vai trò.
Dữ liệu quét giúp tái tạo chính xác hình dạng thực tế của chi tiết và kết cấu xung quanh. Từ dữ liệu 3D thu được, kỹ sư có thể xây dựng mô hình phục vụ gia công, đồng thời đảm bảo chi tiết mới có khả năng lắp vừa với kết cấu hiện có.
Quá trình này đặc biệt hữu ích đối với những phương tiện đã được chế tạo từ nhiều năm trước nhưng không còn đầy đủ bản vẽ kỹ thuật hoặc dữ liệu CAD ban đầu.
Thay vì phải đo thủ công từng kích thước, kỹ sư có thể nhanh chóng thu thập toàn bộ hình học của chi tiết dưới dạng dữ liệu 3D.
.jpg)
Một trong những lợi thế quan trọng của máy quét 3d cầm tay là khả năng đo trực tiếp tại hiện trường.
Trong dự án phục hồi tàu cánh ngầm, máy scan 3d cầm tay có thể được sử dụng ngay trên tàu để thu thập dữ liệu theo thời gian thực.
Giải pháp này đem lại nhiều ưu điểm trong quá trình thực hiện:
Nhờ đó, quá trình phục hồi có thể được thực hiện nhanh chóng và kiểm soát tốt hơn.
Ứng dụng của công nghệ quét laser 3D trong ngành hàng hải không chỉ giới hạn ở việc phục hồi một chiếc tàu cánh ngầm.
Đối với tàu buồm, tàu cao tốc và nhiều phương tiện thủy khác, hình học thân tàu có ảnh hưởng trực tiếp đến lực cản, lực nâng và hiệu suất chuyển động trên mặt nước.
Chỉ một sai lệch nhỏ về độ cong hoặc tính đối xứng của thân tàu cũng có thể làm tăng lực cản, ảnh hưởng đến khả năng cân bằng và đặc tính vận hành.
Bằng cách quét 3D thân tàu, kỹ sư có thể tạo ra một bản sao kỹ thuật số chính xác của kết cấu thực tế. Nguồn dữ liệu thu được có thể tiếp tục phục vụ cho nhiều công đoạn khác nhau:
Đối với những phương tiện được chế tạo từ lâu, việc thiếu bản vẽ kỹ thuật hoặc dữ liệu CAD gốc là một vấn đề phổ biến.
Trong trường hợp này, scan 3D có thể giúp số hóa lại kết cấu hiện hữu.
Kỹ sư chỉ cần quét trực tiếp các khu vực cần sửa chữa hoặc cải tạo để thu thập dữ liệu hình học. Dữ liệu này sau đó có thể được xử lý thành mô hình 3D, phục vụ thiết kế chi tiết thay thế hoặc kiểm tra sự tương thích giữa chi tiết mới và kết cấu cũ.
Điều này đặc biệt hữu ích với các phương tiện có kết cấu tùy chỉnh, phương tiện đã qua nhiều lần sửa chữa hoặc những công trình không còn đầy đủ hồ sơ thiết kế ban đầu.
Việc phục hồi một chiếc tàu cánh ngầm từng phá vỡ nhiều giới hạn về tốc độ đòi hỏi độ chính xác rất cao, tương đương với những yêu cầu thường thấy trong ngành hàng không vũ trụ.
Trong dự án này, công nghệ quét laser 3D đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu hình học thực tế, hỗ trợ thiết kế và chế tạo các chi tiết thay thế.
Không chỉ giúp phục hồi một phương tiện hàng hải mang tính biểu tượng, công nghệ 3D còn cho thấy tiềm năng lớn trong kiểm tra, sửa chữa, thiết kế ngược và cải tạo tàu thuyền.
Khi dữ liệu vật thể thực tế được số hóa thành mô hình 3D có độ chính xác cao, các kỹ sư có thể đưa ra quyết định nhanh hơn, giảm sai sót trong gia công và nâng cao hiệu quả của toàn bộ quy trình phục hồi.
Trong tương lai, công nghệ quét 3D sẽ tiếp tục trở thành một công cụ quan trọng trong quá trình số hóa ngành hàng hải, từ thiết kế thân tàu, kiểm tra chất lượng đến bảo trì, sửa chữa và chế tạo các chi tiết thay thế.
Thông tin liên hệ 3D Master:
