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對定制汽車底盤的高精度3D掃描,,無貼點就是省心、復(fù)雜結(jié)構(gòu)也可勝任

3D打印動態(tài)
2021
12/20
17:11
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來源: 埃太科三維

案例概要

挑戰(zhàn):一家領(lǐng)先的高性能底盤設(shè)計公司需采用新方式,大幅提升日常項目工藝速度,同時不犧牲準確度和安全性
解決方案:Artec Eva、Artec Studio,、Geomagic Design X
效果:采用Artec Eva進行3D掃描,數(shù)字捕獲車身,、零部件,,設(shè)計完美貼合的定制底盤和FEA強化后的汽車部件,用于賽車和特殊項目,,包括美國SEMA改裝展,,節(jié)省了幾小時到幾天的時間。

△探索頻道的熱播節(jié)目Twin Turbos Doug & Brad DeBerti的主持人和Jack Fisher使用Artec Eva掃描

Jason Heard和合作伙伴Jack Fisher多年來制作了幾百個高性能底盤,,沒有一個出現(xiàn)過問題,,但是他不想犧牲睡眠。

要說汽車會發(fā)生哪些故障,,特別是在野外或賽道上馳騁時,,除了嚴重的撞車事故,一般故障不會對司機造成生命危險,。無論是爆缸,、電氣系統(tǒng)故障還是變速箱損壞,幾乎都不致命,。但底盤故障,,基本都是很嚴重的。

所以,,現(xiàn)代高性能底盤設(shè)計領(lǐng)域變得越來越火,。如果設(shè)計的底盤太輕,那強度和安全性就不如人意,。但如果使用更多更堅固的材料,,底盤性能必然受到影響。多年來,南加州的Tekk Consulting Inc底盤設(shè)計師始終為定做的每一款底盤追求最佳強度質(zhì)量比,。

△Tekk Consulting 使用Artec Eva為Brad DeBerti的《The Performance Truck》節(jié)目制作的數(shù)字渲染

他們在業(yè)內(nèi)被稱為“能搞定事”的人,,客戶必須提前幾個月預(yù)定,他們源源不斷地服務(wù)私人客戶和一些業(yè)內(nèi)大咖,,包括幾家大型原始設(shè)備制造商,。

但事情并非一直這么順利。Tekk Consulting Inc已經(jīng)從事了十多年的底盤設(shè)計,,2018年,,他們遭遇了瓶頸。盡管技術(shù)方面無懈可擊,,但他們卻始終在和時間賽跑,只有這樣,,才能以一貫的高標準交付項目,。

△Artec Eva掃描1990福特Bronco部件后的數(shù)字渲染

當時的情況,已經(jīng)不允許服務(wù)新客戶了,,這也就意味著他們不能再承接大型項目,,無法在競爭激烈的底盤設(shè)計行業(yè)脫穎而出。

于是Jason和Jack從頭到尾徹底反思了自己的工藝流,。他們開始尋找更快更緊湊的新方式,,同時不犧牲分毫品質(zhì)。他們思考的第一個問題就是如何測量車身和零部件,�,?ǔ摺⒕沓吆椭背呤撬麄冎安捎玫膫鹘y(tǒng)測量方式,,以確保數(shù)值準確無誤,。但這一過程非常耗時,不同項目可能要耗費幾小時到幾天不等,。

上網(wǎng)搜了一下,,他們發(fā)現(xiàn)有些汽車定制廠商不再使用手動測量法,而采用3D掃描,。每個項目都能節(jié)省幾個小時,。反復(fù)搜索后,他們找到了Artec 3D網(wǎng)站,。

Artec Eva一下吸引了他們,。Eva是一款輕質(zhì)手持式3D掃描儀,每秒捕獲數(shù)百萬點,,幾分鐘后即可為汽車部件和其他物體制作出高度準確的3D模型,。于是,他們致電當?shù)氐腁rtec經(jīng)銷商,,預(yù)約一次現(xiàn)場演示,。用Heard的話說,,“搞定了。演示開始15分鐘后,,我們就清楚,,這個問題解決了。立馬支付購買,。也不用什么培訓(xùn),,很容易上手。甚至不需要看使用說明,。買完后,,我們整個下午都用它在車間掃描。那天結(jié)束時,,我們已經(jīng)完全掌握了新工藝,。”

△Jack Fisher使用Artec Eva掃描出展2019年福特SEMA展的Brad DeBerti福特F450后部

從那以后,,Tekk Consulting Inc開始每天都離不開Artec Eva,,完成了數(shù)百個項目,包括Brad Deberti的《The Performance Truck》,,為10家頂級汽車制造商提供服務(wù),,包括各類底盤、肌肉車,、各類SEMA項目等,。

Heard解釋道,“如果問業(yè)內(nèi)任何一個人,,隨便哪個人,,他們都會說:名聲就是一切。不管什么原因,,只要出了問題,,最好還是乖乖退出這行。所以干這一行,,沒什么捷徑可走,,安全第一,永遠不要眼高手低,�,!�

他繼續(xù)補充道,“Artec Eva讓我們能實現(xiàn)更多,,做得更好,。同時,不犧牲準確度或安全性。事實上,,我們能對任何車體結(jié)構(gòu),、部件幾何完成數(shù)字采集,無論有多復(fù)雜,。又快又精準,。”

△Jason Heard為Deberti的《The Performance Truck》項目使用 Artec Eva掃描2020豐田Tacoma駕駛室內(nèi)部

Heard這樣描述Eva的掃描工藝:

“對于零部件,,我先做個旋轉(zhuǎn)臺,,把部件放上。如果部件反光,,我再用一點嬰兒爽身粉或其他消光噴霧,。這大概只增加了1/5000的涂層厚度,所以不影響掃描質(zhì)量,�,!�

他繼續(xù)補充道,“接下來掃描部件,,一面掃描兩次,另一面再兩次,,確保沒有遺漏,。對于機械部件,比如螺栓孔之間的精確距離以及孔本身的大小,,我會先用千分尺測量,,然后在Geomagic Design X中畫出來。非常簡單快捷,�,!�

“掃描車身和駕駛室時”,Heard說道,,“我們通常先進行一個整體的‘幾何采集’,,也就是先采集整體結(jié)構(gòu)。然后,,我們再回頭掃描每一塊,。之后將這些掃描與第一次的掃描對齊。之后我們在Artec Studio中處理掃描,�,!�

△DeBerti“The Performance Truck”項目中Artec Studio處理Artec Eva掃描的截屏

他解釋了Artec Studio中的處理流程:“我用了橡皮擦,可以輕松擦除不需要的部分,。比如旋轉(zhuǎn)臺底部,、道具等等。時間如果不充裕,我就進行自動對齊,,否則我會手動處理,,全部對齊后,進行全局配準等操作,�,!�

“但對于大型駕駛室和結(jié)構(gòu),我不會進行全局配準,,只做尖銳融合,,因為這項功能就能把所有數(shù)據(jù)拼接起來,效果還很不錯,�,!�

然后,他們把掃描導(dǎo)出至Design X/SOLIDWORKS 2020,,繪制底盤,。

△根據(jù)Artec Eva 3D掃描制作的福特9英寸Third Member Assembly(用于精準制作后部車罩)CAD制圖

Eva幫助Tekk Consulting Inc設(shè)計出內(nèi)部空間最大的卡車(@ThePerformanceTruck),“底盤圓管完美貼合卡車外殼,,”這樣的話駕駛室空間也更大,,駕駛員頭部就能離底盤更遠。從安全角度來看,,用Heard的話來說,,“這太關(guān)鍵了�,!�

若遭遇不幸,,出現(xiàn)翻車,我們只能盡可能加大司機和底盤間距,。借助Eva,,我們可以把這個距離做到最大�,!斑@對我們而言是最大的亮點,。得到完美車身掃描后,直接就能設(shè)計出像手套般貼合的底盤,�,!�

△使用Artec Eva掃描的兩座Can Am X3底盤、懸掛系統(tǒng),、部件

問原始設(shè)備制造商索要CAD文件時,,每個汽車定制商一定都經(jīng)歷過那種漫長的等待,令人沮喪,。更糟糕的是,,如果項目交期將至,,客戶天天給你來電,這種時候,,耐心就消磨殆盡了,。

Heard說道,“如果必須先拿到CAD才能開始,,那我們是沒法完成交期的,,絕無可能。現(xiàn)在我們不用等了,。只要自己掃描就行,,無論是保時捷、豐田還是一些部件,,都行,。”

△很快完成的GTR發(fā)動機Artec Eva掃描

他繼續(xù)補充道,,“等我們拿到姍姍來遲的CAD文件,,再和Eva掃描一對比,你猜怎么著,?哇,!簡直一模一樣,毫無例外,。起初我們還很驚訝,,但幾百個項目過后,我們都習(xí)慣了�,,F(xiàn)在我們不等CAD文件了。直接掃描,,開始設(shè)計,。就這一步都幫我們節(jié)省了幾天時間�,!�

△Brad DeBerti豐田Tacoma《The Performance Truck》項目中Artec Eva掃描(藍色)和豐田原始設(shè)備制造商的數(shù)據(jù)(黃色)完美貼合

就底盤設(shè)計而言,,很少有這么完美的CAD數(shù)據(jù)。所以3D掃描就成為推動項目進展的關(guān)鍵一環(huán),。Heard解釋道,,“有了Eva,我能掃描部分或整個底盤,。掃描文件還能保留,。非常完美�,!�

談及該技術(shù)帶來的可能性,,他補充道,,“我能在Geomagic中進行任意改造,既可以3D打印,,也能進行數(shù)控銑削加工,,還能線上出售給全球同行。那些店只有1-3名師傅,,每年制造10-20輛車,,業(yè)內(nèi)90%的商家都在網(wǎng)上�,!�

至于制造過程中的公差問題,,直接在生產(chǎn)線上3D掃描駕駛室和車身,可以清楚看到公差,。Heard說,,“大家都知道,原始設(shè)備制造商的CAD文件是不考慮制造公差的,。他們完全不考慮,。”

他解釋道,,“如果是輛美國車,,大概會出現(xiàn)1/4”的誤差,這是可以接受的,。如果是輛很昂貴的進口車,,可能是1/8”。Eva的掃描效果比這個還要嚴格,。所以,,看到3D掃描和CAD文件差異,就會把公差考慮在內(nèi),�,!�

Heard可以一天內(nèi)掃描多個對象,而手動測量的話是辦不到的,,他解釋道,,“舉個例子,昨天上午,,我掃描了一輛全新福特Raptor的前懸掛,,360度,無一遺漏,。然后我掃描了五個車座,,以及托架幾何,繪制底盤時,,這些掃描可隨時導(dǎo)入CAD文件中,,座椅就能完美安上了,。”

△利用Artec Eva掃描的前控制臂和組件制成的Can Am X3底盤剖面圖

Tekk Consulting Inc欣然接受了Eva 3D掃描,,他們甚至開始在DIYoffroad.com上的數(shù)字市場在線出售自己的掃描,。多年來,來自幾十個國家的幾百家汽車定制商和底盤設(shè)計師聯(lián)系了他們,。他們的市場越來越大,。

Heard多次向業(yè)內(nèi)人士推薦Artec Eva。用他的話說,,“我非常樂意與大家分享,。包括我們在用的這些技術(shù),真的很棒,。非常感謝Eva,,讓我們走到今天,幫我們接到了大量訂單,,還能選擇自己滿意的項目,。”

Jason Heard展望了未來,,“每家汽車商店,、每位設(shè)計師都會擁有自己的3D掃描儀和3D打印機。市場已經(jīng)出現(xiàn)了這一趨勢,。也就是說,,全球?qū)<叶紩暙I數(shù)字作品,在自己店內(nèi)使用或在線出售,�,!�

△Artec Eva為Tekk Consulting的一項SEMA展項目掃描了33福特駕駛室

他繼續(xù)解釋道,“我舉個例子說明一下:一個意大利人用Eva掃描了一輛全新法拉利,,還有他需要的部件,,擋泥板、保險杠等,,幾小時后,他把這些數(shù)據(jù)打包,,或進行定制設(shè)計,,打造成寬體大包圍�,!�

△33 Ford發(fā)動機和組件的Artec Eva掃描數(shù)字渲染

Tekk Consulting Inc的高性能設(shè)計工作還包括另一部分,,即通過薄殼近似法對掃描部件進行有限元分析(FEA)。這就需要捕獲部件的精確尺寸,,分析機械強度和硬度,、彎曲程度,,以及在CAD中的偏差值。通過這一工序,,可重新設(shè)計某個部件,,解決故障,同時確保部件性能不變,,甚至更好,。

△Artec Eva掃描的部件,即將在CAD下進行FEA分析

以前,,要進行FEA分析,,必須手動測量幾個小時,還要核查和重測,。

但現(xiàn)在,,有了Eva,幾分鐘就能精準捕獲這些部件,。從控制臂到回轉(zhuǎn)接頭,,翻車防護桿到整個懸掛系統(tǒng)都沒問題。不需要重新測量,,也不需要反復(fù)估算,。

△即將進行FEA:2020福特Raptor懸掛系統(tǒng)和控制臂的Artec Eva掃描

Heard解釋了FEA的重要性,“FEA做的多好看不重要,,只要數(shù)據(jù)出錯,,哪怕是一點點,就勢必帶來災(zāi)難,。人類不可能精準地彎曲旋轉(zhuǎn)那些部件,,來避免失誤,提升性能,。絕不可能,。”他繼續(xù)說道,,“但Eva幫我們解決了這個難題�,,F(xiàn)在,我可以午飯前就掃描完一堆部件,。當天還能做完分析,,每一步都按計劃進行,直到完成最終設(shè)計,�,!�

△DeBerti Toyota Tacoma《The Performance Truck》一瞥,可見Tekk Consulting定制底盤

Heard在總結(jié)Eva對其帶來的影響時表示,,“以前制造一輛跑車,,其中一環(huán)就要14-16小時,,但現(xiàn)在,2-3小時搞定,,差別太大了,,而且Artec Eva的3D掃描還提升了準確度和車輛安全性�,!�




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