使用Artec Eva完成定制汽车底盘的高精度3D扫描

16/01/2021

作者Matthew McMillion

Jason Heard不想牺牲睡眠。他和合作伙伴Jack Fisher多年来制作了几百个高性能底盘,没有一个出现问题。

探索频道的热播节目Twin Turbos Doug & Brad DeBerti的主持人和Jack Fisher使用Artec Eva扫描

要说汽车会发生哪些故障,特别是在野外或赛道上驰骋时,除了严重的撞车事故,一般故障不会对司机造成生命危险。

无论是爆缸、电气系统故障还是变速箱损坏,几乎都不致命。但底盘故障,基本都是很严重的。

所以,现代高性能底盘设计领域变得越来越火。如果设计的底盘太轻,那强度和安全性就不如人意。但如果使用更多更坚固的材料,底盘性能必然受到影响。

多年来,Tekk Consulting Inc的南加州底盘设计师始终为定做的每一款底盘追求最佳强度质量比。

Tekk Consulting 使用Artec Eva为Brad DeBerti的《The Performance Truck》节目制作的数字渲染

他们在业内被称为“能搞定事”的人,客户必须提前几个月预定,他们源源不断地服务私人客户和一些业内大咖,包括几家大型原始设备制造商。

但事情并非一直这么顺利。Tekk Consulting Inc已经从事了十多年的底盘设计,2018年,他们遭遇了瓶颈。尽管技术方面无懈可击,但他们却始终在和时间赛跑,只有这样,才能以一贯的高标准交付项目。

Artec Eva扫描1990福特Bronco部件后的数字渲染

当时的情况,已经不允许服务新客户了,这也就意味着他们不能再承接大型项目,无法在竞争激烈的底盘设计行业脱颖而出。

于是Jason和Jack从头到尾彻底反思了自己的工艺流。他们开始寻找更快更紧凑的新方式,同时不牺牲分毫品质。他们思考的第一个问题就是如何测量车身和零部件。

卡尺、卷尺和直尺是他们之前采用的传统测量方式,以确保数值准确无误。但这一过程非常耗时,不同项目可能要耗费几小时到几天不等。

上网搜了一下,他们发现有些汽车定制厂商不再使用手动测量法,而采用3D扫描。每个项目都能节省几个小时。反复搜索后,他们找到了Artec 3D网站。

Artec Eva一下吸引了他们。Eva是一款轻质手持式3D扫描仪,每秒捕获数百万点,几分钟后即可为汽车部件和其他物体制作出高度准确的3D模型。于是,他们致电当地的Artec经销商,预约一次现场演示。

用Heard的话说,“搞定了。演示开始15分钟后,我们就清楚,这个问题解决了。立马支付购买。也不用什么培训,很容易上手。甚至不需要看使用说明。买完后,我们整个下午都用它在车间扫描。那天结束时,我们已经完全掌握了新工艺。”

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

从那以后,Tekk Consulting Inc开始每天都离不开Artec Eva,完成了数百个项目,包括Brad Deberti的《The Performance Truck》,为10家顶级汽车制造商提供服务,包括各类底盘、肌肉车、各类SEMA项目等。

Heard解释道,“如果问业内任何一个人,随便哪个人,他们都会说:名声就是一切。不管什么原因,只要出了问题,最好还是乖乖退出这行。所以干这一行,没什么捷径可走,安全第一,永远不要眼高手低。”

他继续补充道,“Artec Eva让我们能实现更多,做得更好。同时,不牺牲准确度或安全性。事实上,我们能对任何车体结构、部件几何完成数字采集,无论有多复杂。又快又精准。”

Jason Heard为Deberti的《The Performance Truck》项目使用 Artec Eva扫描2020丰田Tacoma驾驶室内部

Heard这样描述Eva的扫描工艺:

“对于零部件,我先做个旋转台,把部件放上。如果部件反光,我再用一点婴儿爽身粉或其他消光喷雾。这大概只增加了1/5000的涂层厚度,所以不影响扫描质量。”

他继续补充道,“接下来扫描部件,一面扫描两次,另一面再两次,确保没有遗漏。对于机械部件,比如螺栓孔之间的精确距离以及孔本身的大小,我会先用千分尺测量,然后在Geomagic Design X中画出来。非常简单快捷。”

“扫描车身和驾驶室时”,Heard说道,“我们通常先进行一个整体的‘几何采集’,也就是先采集整体结构。然后,我们再回头扫描每一块。之后将这些扫描与第一次的扫描对齐。之后我们在Artec Studio中处理扫描。”

DeBerti“The Performance Truck”项目中Artec Studio处理Artec Eva扫描的截屏

他解释了Artec Studio中的处理流程:“我用了橡皮擦,可以轻松擦除不需要的部分。比如旋转台底部、道具等等。时间如果不充裕,我就进行自动对齐,否则我会手动处理,全部对齐后,进行全局配准等操作。”

“但对于大型驾驶室和结构,我不会进行全局配准,只做尖锐融合,因为这项功能就能把所有数据拼接起来,效果还很不错。”

然后,他们把扫描导出至Design X/SOLIDWORKS 2020,绘制底盘。

根据Artec Eva 3D扫描制作的福特9英寸Third Member Assembly(用于精准制作后部车罩)CAD制图

Eva帮助Tekk Consulting Inc设计出内部空间最大的卡车(@ThePerformanceTruck),“底盘圆管完美贴合卡车外壳,”这样的话驾驶室空间也更大,驾驶员头部就能离底盘更远。从安全角度来看,用Heard的话来说,“这太关键了。”

若遭遇不幸,出现翻车,我们只能尽可能加大司机和底盘间距。借助Eva,我们可以把这个距离做到最大。“这对我们而言是最大的亮点。得到完美车身扫描后,直接就能设计出像手套般贴合的底盘。”

使用Artec Eva扫描的两座Can Am X3底盘、悬挂系统、部件

问原始设备制造商索要CAD文件时,每个汽车定制商一定都经历过那种漫长的等待,令人沮丧。更糟糕的是,如果项目交期将至,客户天天给你来电,这种时候,耐心就消磨殆尽了。

Heard说道,“如果必须先拿到CAD才能开始,那我们是没法完成交期的,绝无可能。现在我们不用等了。只要自己扫描就行,无论是保时捷、丰田还是一些部件,都行。”

很快完成的GTR发动机Artec Eva扫描

他继续补充道,“等我们拿到姗姗来迟的CAD文件,再和Eva扫描一对比,你猜怎么着?哇!简直一模一样,毫无例外。起初我们还很惊讶,但几百个项目过后,我们都习惯了。现在我们不等CAD文件了。直接扫描,开始设计。就这一步都帮我们节省了几天时间。”

Brad DeBerti丰田Tacoma《The Performance Truck》项目中Artec Eva扫描(蓝色)和丰田原始设备制造商的数据(黄色)完美贴合

就底盘设计而言,很少有这么完美的CAD数据。所以3D扫描就成为推动项目进展的关键一环。Heard解释道,“有了Eva,我能扫描部分或整个底盘。扫描文件还能保留。非常完美。”

谈及该技术带来的可能性,他补充道,“我能在Geomagic中进行任意改造,既可以3D打印,也能进行数控铣削加工,还能线上出售给全球同行。那些店只有1-3名师傅,每年制造10-20辆车,业内90%的商家都在网上。”

至于制造过程中的公差问题,直接在生产线上3D扫描驾驶室和车身,可以清楚看到公差。Heard说,“大家都知道,原始设备制造商的CAD文件是不考虑制造公差的。他们完全不考虑。”

他解释道,“如果是辆美国车,大概会出现1/4”的误差,这是可以接受的。如果是辆很昂贵的进口车,可能是1/8”。Eva的扫描效果比这个还要严格。所以,看到3D扫描和CAD文件差异,就会把公差考虑在内。”

Heard可以一天内扫描多个对象,而手动测量的话是办不到的,他解释道,“举个例子,昨天上午,我扫描了一辆全新福特Raptor的前悬挂,360度,无一遗漏。然后我扫描了五个车座,以及托架几何,绘制底盘时,这些扫描可随时导入CAD文件中,座椅就能完美安上了。”

利用Artec Eva扫描的前控制臂和组件制成的Can Am X3底盘剖面图

Tekk Consulting Inc欣然接受了Eva 3D扫描,他们甚至开始在DIYoffroad.com上的数字市场在线出售自己的扫描。多年来,来自几十个国家的几百家汽车定制商和底盘设计师联系了他们。他们的市场越来越大。

Heard多次向业内人士推荐Artec Eva。用他的话说,“我非常乐意与大家分享。包括我们在用的这些技术,真的很棒。非常感谢Eva,让我们走到今天,帮我们接到了大量订单,还能选择自己满意的项目。”

Jason Heard展望了未来,“每家汽车商店、每位设计师都会拥有自己的3D扫描仪和3D打印机。市场已经出现了这一趋势。也就是说,全球专家都会贡献数字作品,在自己店内使用或在线出售。”

Artec Eva为Tekk Consulting的一项SEMA展项目扫描了33福特驾驶室

他继续解释道,“我举个例子说明一下:一个意大利人用Eva扫描了一辆全新法拉利,还有他需要的部件,挡泥板、保险杠等,几小时后,他把这些数据打包,或进行定制设计,打造成宽体大包围。”

33 Ford发动机和组件的Artec Eva扫描数字渲染

Tekk Consulting Inc的高性能设计工作还包括另一部分,即通过薄壳近似法对扫描部件进行有限元分析(FEA)。这就需要捕获部件的精确尺寸,分析机械强度和硬度、弯曲程度,以及在CAD中的偏差值。通过这一工序,可重新设计某个部件,解决故障,同时确保部件性能不变,甚至更好。

Artec Eva扫描的部件,即将在CAD下进行FEA分析

以前,要进行FEA分析,必须手动测量几个小时,还要核查和重测。

但现在,有了Eva,几分钟就能精准捕获这些部件。从控制臂到回转接头,翻车防护杆到整个悬挂系统都没问题。不需要重新测量,也不需要反复估算。

即将进行FEA:2020福特Raptor悬挂系统和控制臂的Artec Eva扫描

Heard解释了FEA的重要性,“FEA做的多好看不重要,只要数据出错,哪怕是一点点,就势必带来灾难。人类不可能精准地弯曲旋转那些部件,来避免失误,提升性能。绝不可能。”

他继续说道,“但Eva帮我们解决了这个难题。现在,我可以午饭前就扫描完一堆部件。当天还能做完分析,每一步都按计划进行,直到完成最终设计。”

DeBerti Toyota Tacoma《The Performance Truck》一瞥,可见Tekk Consulting定制底盘

Heard在总结Eva对其带来的影响时表示,“以前制造一辆跑车,其中一环就要14-16小时,但现在,2-3小时搞定,差别太大了,而且Artec Eva的3D扫描还提升了准确度和车辆安全性。”