案例！對(duì)定制汽車底盤的高精度3D掃描，無(wú)貼點(diǎn)就是省心、復(fù)雜結(jié)構(gòu)也可勝任

魔猴君  知識(shí)堂   1101天前

案例概要

挑戰(zhàn)：一家領(lǐng)先的高性能底盤設(shè)計(jì)公司需采用新方式，大幅提升日常項(xiàng)目工藝速度，同時(shí)不犧牲準(zhǔn)確度和安全性

解決方案：Artec Eva、Artec Studio、Geomagic Design X

效果：采用Artec Eva進(jìn)行3D掃描，數(shù)字捕獲車身、零部件，設(shè)計(jì)完美貼合的定制底盤和FEA強(qiáng)化后的汽車部件，用于賽車和特殊項(xiàng)目，包括美國(guó)SEMA改裝展，節(jié)省了幾小時(shí)到幾天的時(shí)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(lái)制作了幾百個(gè)高性能底盤，沒(méi)有一個(gè)出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題，但是他不想犧牲睡眠。

要說(shuō)汽車會(huì)發(fā)生哪些故障，特別是在野外或賽道上馳騁時(shí)，除了嚴(yán)重的撞車事故，一般故障不會(huì)對(duì)司機(jī)造成生命危險(xiǎn)。無(wú)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(yán)重的。

所以，現(xiàn)代高性能底盤設(shè)計(jì)領(lǐng)域變得越來(lái)越火。如果設(shè)計(jì)的底盤太輕，那強(qiáng)度和安全性就不如人意。但如果使用更多更堅(jiān)固的材料，底盤性能必然受到影響。多年來(lái)，南加州的Tekk Consulting Inc底盤設(shè)計(jì)師始終為定做的每一款底盤追求最佳強(qiáng)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?cè)跇I(yè)內(nèi)被稱為“能搞定事”的人，客戶必須提前幾個(gè)月預(yù)定，他們?cè)丛床粩嗟胤?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(jì)，2018年，他們?cè)庥隽似款i。盡管技術(shù)方面無(wú)懈可擊，但他們卻始終在和時(shí)間賽跑，只有這樣，才能以一貫的高標(biāo)準(zhǔn)交付項(xiàng)目。

△Artec Eva掃描1990福特Bronco部件后的數(shù)字渲染

當(dāng)時(shí)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(xiàng)目，無(wú)法在競(jìng)爭(zhēng)激烈的底盤設(shè)計(jì)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(shí)不犧牲分毫品質(zhì)。他們思考的第一個(gè)問(wèn)題就是如何測(cè)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(cè)量方式，以確保數(shù)值準(zhǔn)確無(wú)誤。但這一過(guò)程非常耗時(shí)，不同項(xiàng)目可能要耗費(fèi)幾小時(shí)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(dòng)測(cè)量法，而采用3D掃描。每個(gè)項(xiàng)目都能節(jié)省幾個(gè)小時(shí)。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(wàn)點(diǎn)，幾分鐘后即可為汽車部件和其他物體制作出高度準(zhǔn)確的3D模型。于是，他們致電當(dāng)?shù)氐腁rtec經(jīng)銷商，預(yù)約一次現(xiàn)場(chǎng)演示。用Heard的話說(shuō)，“搞定了。演示開始15分鐘后，我們就清楚，這個(gè)問(wèn)題解決了。立馬支付購(gòu)買。也不用什么培訓(xùn)，很容易上手。甚至不需要看使用說(shuō)明。買完后，我們整個(gè)下午都用它在車間掃描。那天結(jié)束時(shí)，我們已經(jīng)完全掌握了新工藝?！?/span>

△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(gè)項(xiàng)目，包括Brad Deberti的《The Performance Truck》，為10家頂級(jí)汽車制造商提供服務(wù)，包括各類底盤、肌肉車、各類SEMA項(xiàng)目等。

Heard解釋道，“如果問(wèn)業(yè)內(nèi)任何一個(gè)人，隨便哪個(gè)人，他們都會(huì)說(shuō)：名聲就是一切。不管什么原因，只要出了問(wèn)題，最好還是乖乖退出這行。所以干這一行，沒(méi)什么捷徑可走，安全第一，永遠(yuǎn)不要眼高手低。”

他繼續(xù)補(bǔ)充道，“Artec Eva讓我們能實(shí)現(xiàn)更多，做得更好。同時(shí)，不犧牲準(zhǔn)確度或安全性。事實(shí)上，我們能對(duì)任何車體結(jié)構(gòu)、部件幾何完成數(shù)字采集，無(wú)論有多復(fù)雜。又快又精準(zhǔn)。”

△Jason Heard為Deberti的《The Performance Truck》項(xiàng)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(duì)于零部件，我先做個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)，把部件放上。如果部件反光，我再用一點(diǎn)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?！?/span>

他繼續(xù)補(bǔ)充道，“接下來(lái)掃描部件，一面掃描兩次，另一面再兩次，確保沒(méi)有遺漏。對(duì)于機(jī)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(huì)先用千分尺測(cè)量，然后在Geomagic Design X中畫出來(lái)。非常簡(jiǎn)單快捷?！?/span>

“掃描車身和駕駛室時(shí)”，Heard說(shuō)道，“我們通常先進(jìn)行一個(gè)整體的‘幾何采集’，也就是先采集整體結(jié)構(gòu)。然后，我們?cè)倩仡^掃描每一塊。之后將這些掃描與第一次的掃描對(duì)齊。之后我們?cè)贏rtec Studio中處理掃描?！?/span>

△DeBerti“The Performance Truck”項(xiàng)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(tái)底部、道具等等。時(shí)間如果不充裕，我就進(jìn)行自動(dòng)對(duì)齊，否則我會(huì)手動(dòng)處理，全部對(duì)齊后，進(jìn)行全局配準(zhǔn)等操作?！?/span>

“但對(duì)于大型駕駛室和結(jié)構(gòu)，我不會(huì)進(jìn)行全局配準(zhǔn)，只做尖銳融合，因?yàn)檫@項(xiàng)功能就能把所有數(shù)據(jù)拼接起來(lái)，效果還很不錯(cuò)。”

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(zhǔn)制作后部車罩）CAD制圖

Eva幫助Tekk Consulting Inc設(shè)計(jì)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?cǎi){駛室空間也更大，駕駛員頭部就能離底盤更遠(yuǎn)。從安全角度來(lái)看，用Heard的話來(lái)說(shuō)，“這太關(guān)鍵了?！?/span>

若遭遇不幸，出現(xiàn)翻車，我們只能盡可能加大司機(jī)和底盤間距。借助Eva，我們可以把這個(gè)距離做到最大?！斑@對(duì)我們而言是最大的亮點(diǎn)。得到完美車身掃描后，直接就能設(shè)計(jì)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(wèn)原始設(shè)備制造商索要CAD文件時(shí)，每個(gè)汽車定制商一定都經(jīng)歷過(guò)那種漫長(zhǎng)的等待，令人沮喪。更糟糕的是，如果項(xiàng)目交期將至，客戶天天給你來(lái)電，這種時(shí)候，耐心就消磨殆盡了。

Heard說(shuō)道，“如果必須先拿到CAD才能開始，那我們是沒(méi)法完成交期的，絕無(wú)可能?，F(xiàn)在我們不用等了。只要自己掃描就行，無(wú)論是保時(shí)捷、豐田還是一些部件，都行?！?/span>

△很快完成的GTR發(fā)動(dòng)機(jī)Artec Eva掃描

他繼續(xù)補(bǔ)充道，“等我們拿到姍姍來(lái)遲的CAD文件，再和Eva掃描一對(duì)比，你猜怎么著？哇！簡(jiǎn)直一模一樣，毫無(wú)例外。起初我們還很驚訝，但幾百個(gè)項(xiàng)目過(guò)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(jì)。就這一步都幫我們節(jié)省了幾天時(shí)間?！?/span>

△Brad DeBerti豐田Tacoma《The Performance Truck》項(xiàng)目中Artec Eva掃描（藍(lán)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(jì)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(dòng)項(xiàng)目進(jìn)展的關(guān)鍵一環(huán)。Heard解釋道，“有了Eva，我能掃描部分或整個(gè)底盤。掃描文件還能保留。非常完美?！闭劶霸摷夹g(shù)帶來(lái)的可能性，他補(bǔ)充道，“我能在Geomagic中進(jìn)行任意改造，既可以3D打印，也能進(jìn)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?！敝劣谥圃爝^(guò)程中的公差問(wèn)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(shuō)，“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?！?/span>

他解釋道，“如果是輛美國(guó)車，大概會(huì)出現(xiàn)1/4”的誤差，這是可以接受的。如果是輛很昂貴的進(jìn)口車，可能是1/8”。Eva的掃描效果比這個(gè)還要嚴(yán)格。所以，看到3D掃描和CAD文件差異，就會(huì)把公差考慮在內(nèi)?！盚eard可以一天內(nèi)掃描多個(gè)對(duì)象，而手動(dòng)測(cè)量的話是辦不到的，他解釋道，“舉個(gè)例子，昨天上午，我掃描了一輛全新福特Raptor的前懸掛，360度，無(wú)一遺漏。然后我掃描了五個(gè)車座，以及托架幾何，繪制底盤時(shí)，這些掃描可隨時(shí)導(dǎo)入CAD文件中，座椅就能完美安上了?！?/span>

△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(chǎng)在線出售自己的掃描。多年來(lái)，來(lái)自幾十個(gè)國(guó)家的幾百家汽車定制商和底盤設(shè)計(jì)師聯(lián)系了他們。他們的市場(chǎng)越來(lái)越大。

Heard多次向業(yè)內(nèi)人士推薦Artec Eva。用他的話說(shuō)，“我非常樂(lè)意與大家分享。包括我們?cè)谟玫倪@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(xiàng)目?！?/span>

Jason Heard展望了未來(lái)，“每家汽車商店、每位設(shè)計(jì)師都會(huì)擁有自己的3D掃描儀和3D打印機(jī)。市場(chǎng)已經(jīng)出現(xiàn)了這一趨勢(shì)。也就是說(shuō)，全球?qū)＜叶紩?huì)貢獻(xiàn)數(shù)字作品，在自己店內(nèi)使用或在線出售?！?/span>

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

他繼續(xù)解釋道，“我舉個(gè)例子說(shuō)明一下：一個(gè)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(xiǎn)杠等，幾小時(shí)后，他把這些數(shù)據(jù)打包，或進(jìn)行定制設(shè)計(jì)，打造成寬體大包圍?！?/span>

△33 Ford發(fā)動(dòng)機(jī)和組件的Artec Eva掃描數(shù)字渲染

Tekk Consulting Inc的高性能設(shè)計(jì)工作還包括另一部分，即通過(guò)薄殼近似法對(duì)掃描部件進(jìn)行有限元分析（FEA）。這就需要捕獲部件的精確尺寸，分析機(jī)械強(qiáng)度和硬度、彎曲程度，以及在CAD中的偏差值。通過(guò)這一工序，可重新設(shè)計(jì)某個(gè)部件，解決故障，同時(shí)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(jìn)行FEA分析

以前，要進(jìn)行FEA分析，必須手動(dòng)測(cè)量幾個(gè)小時(shí)，還要核查和重測(cè)。

但現(xiàn)在，有了Eva，幾分鐘就能精準(zhǔn)捕獲這些部件。從控制臂到回轉(zhuǎn)接頭，翻車防護(hù)桿到整個(gè)懸掛系統(tǒng)都沒(méi)問(wèn)題。不需要重新測(cè)量，也不需要反復(fù)估算。

△即將進(jìn)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(cuò)，哪怕是一點(diǎn)點(diǎn)，就勢(shì)必帶來(lái)災(zāi)難。人類不可能精準(zhǔn)地彎曲旋轉(zhuǎn)那些部件，來(lái)避免失誤，提升性能。絕不可能?！彼^續(xù)說(shuō)道，“但Eva幫我們解決了這個(gè)難題?，F(xiàn)在，我可以午飯前就掃描完一堆部件。當(dāng)天還能做完分析，每一步都按計(jì)劃進(jìn)行，直到完成最終設(shè)計(jì)。”

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

Heard在總結(jié)Eva對(duì)其帶來(lái)的影響時(shí)表示，“以前制造一輛跑車，其中一環(huán)就要14-16小時(shí)，但現(xiàn)在，2-3小時(shí)搞定，差別太大了，而且Artec Eva的3D掃描還提升了準(zhǔn)確度和車輛安全性?！?/span>

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