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

來源： 埃太科三維

案例概要

挑戰(zhàn)：一家領先的高性能底盤設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)代高性能底盤設計領域變得越來越火。如果設計的底盤太輕，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定，他們源源不斷地服務私人客戶和一些業(yè)內(nèi)大咖，包括幾家大型原始設備制造商。

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�、卷尺和直尺是他們之前采用的傳統(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，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，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�，F(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，我們都習慣了�，F(xiàn)在我們不等CAD文件了。直接掃描，開始設計。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）和豐田原始設備制造商的數(shù)據(jù)（黃色）完美貼合

就底盤設計而言，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�貢獻數(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�！彼�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�！�