詳解如何用3D技術(shù)為老爺車制造已停產(chǎn)的零部件

挑戰(zhàn)：在不影響質(zhì)量和精度的情況下，顯著加快和簡化從頭開始制造已停產(chǎn)的汽車零部件過程

解決方案：Artec Leo、Artec Studio、Autodesk Alias、SOLIDWORKS

成果：使用Artec Leo的掃描數(shù)據(jù)作為參考，從舊的物理零部件到全新CAD模型，準備制造或原型制作所需的時間從幾天縮短到幾個小時

為何選Artec：Leo提供從頭開始構(gòu)建的自由度，這是其他選項無法比擬的。隨著捕獲數(shù)據(jù)的時間減少，可以將更多時間用于CAD建模、設(shè)計和原型制作

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背景

Chad Forward從5歲起就清楚自己想要構(gòu)建的東西。在澳大利亞領(lǐng)先的汽車設(shè)計工作室和定制汽車店做了15年設(shè)計咨詢后，他創(chuàng)辦了屬于自己的公司Scratch Build Co，繼續(xù)他一直熱愛的事業(yè)——制造汽車。

Scratch Build于2012年作為Forward周末投入的副業(yè)誕生，現(xiàn)已發(fā)展成為設(shè)計和協(xié)作空間。在那里，F(xiàn)orward和他的分包商——汽車設(shè)計師、技術(shù)人員和電工——致力于為汽車產(chǎn)品售后市場和定制汽車設(shè)計構(gòu)建解決方案。

“我總是被那些充滿熱情想嘗試制造東西的人所吸引，”Forward說�！巴ㄟ^觀察豐田、福特和其他設(shè)計工作室杰出的工程師和出色的設(shè)計師，使我真正意識到聘請這些人并建立工作間，讓他們都來創(chuàng)造一些東西，有益于澳大利亞的汽車市場。”

正如其工作室的名字，F(xiàn)orward所做的很多事情都需要從頭開始構(gòu)建，無論是再也無法購買到的零件，還是客戶想要重塑的整個過程。直到2017年，他的逆向工作流程花費了大量時間，而幾乎沒有什么成果。“有時我需要一整天的時間來測量底盤，獲得真正的基礎(chǔ)測量結(jié)果，然后嘗試在CAD中根據(jù)這些信息進行建�！保現(xiàn)orward補充說：“我經(jīng)常因為要趕時間而錯過關(guān)鍵性的元素，不得不來回地返工�！�


Scratch Build的創(chuàng)始人使用Artec Leo輕松測量任何零件(圖片來自streetmachine.com.au)

”Leo作為Artec最尖端并且真正便攜的掃描儀，是3D掃描行業(yè)的重大革命。”

當年Artec發(fā)布了無線手持式3D掃描儀Artec Leo時，F(xiàn)orward馬上就被征服了。他說：“20年前，當我從事定制汽車業(yè)務(wù)時，我認為這項技術(shù)在我有生之年都不會出現(xiàn)，”Forward通過Artec的澳大利亞經(jīng)銷商Objective3D預訂了掃描儀，據(jù)團隊回憶，他是第一個收到掃描儀的幸運客戶。

“Leo作為Artec最尖端并且真正便攜的掃描儀，是3D掃描行業(yè)的重大革命。我們Objective3D很自豪能夠?qū)⑦@項技術(shù)帶到澳大利亞和新西蘭市場，”O(jiān)bjective3D總經(jīng)理Matt Minio說，“這對汽車工程師特別有幫助，他們可以使用Leo進行零部件逆向工程，并了解它們?nèi)绾斡绊懫�車的性能。�?br />
Artec Leo的設(shè)計兼顧了移動性和易用性，是一款功能強大且獨一無二的3D描儀，無需PC或筆記本電腦即可使用。掃描儀配備的廣角鏡頭能夠輕松捕獲中大型工業(yè)零件和對整車進行3D掃描，并保證了精度和出色的分辨率。

該掃描儀配有自動機載處理、無線連接、內(nèi)置觸摸屏和電池，無論用戶身在何處：定制汽車店、工廠車間還是沒有電力的偏遠位置，掃描儀都能提供完整的自主性和自由移動。

對Forward來說顯而易見：“我花了四年時間下定決心花費4,000美元來買一臺3D打印機，但說服我購買4萬多美元的掃描儀只用了15分鐘�！�

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開始工作

掃描儀交付后，F(xiàn)orward直接將它投入了工作，此后一直沒有停止。如今，所有汽車上需要測量的東西都由Leo進行掃描，無論現(xiàn)場是店里或是在野外，為他和他的客戶節(jié)省了寶貴的時間�，F(xiàn)在他將剩余的時間花在汽車零件的CAD建模、設(shè)計和原型制作上，并使用掃描的數(shù)據(jù)作為參考。

“不敢相信一臺設(shè)備能帶給我這么大的自由。無論位置或零件的復雜程度如何，我現(xiàn)在都能夠輕松地捕獲數(shù)據(jù)，”Forward補充道。


Forward利用來自Leo的數(shù)據(jù)作為SOLIDWORKS和Autodesk Alias中CAD建模的參考
(圖片來自streetmachine.com.au)

通常工作流程是這樣的：Forward或他的一位設(shè)計同事開車到客戶那里掃描指定的對象，然后所有數(shù)據(jù)都被傳輸?shù)剿麄兊囊慌_專供Artec Studio處理的臺式電腦中。

“我有兩臺臺式電腦：一臺用于處理所有掃描數(shù)據(jù)，另一臺用于CAD建模。由于我總是有項目在進行中，所以我更希望能同時進行處理，”Forward解釋說。然后，根據(jù)掃描的零件，將其加載到SOLIDWORKS或Autodesk Alias中用于創(chuàng)建實體CAD模型。


Artec Leo內(nèi)置觸控屏讓Forward能實時預覽掃描結(jié)果
(圖片來自streetmachine.com.au)

在客戶所在的地方使用3D掃描儀也為Forward帶來了新的工作機會：“每次我?guī)�Leo出差去某個地方，肯定能從當?shù)孬@得另一個新項目�？蛻魰�把我推薦到另一個地方，諸如此類，”他分享道。在現(xiàn)場，他還收集了比他需要的更多的數(shù)據(jù)——建立了他自己的分類目錄，從無法找到的零件中收集有價值的數(shù)據(jù)。

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1957年的廂型車

目前為止，F(xiàn)orward使用掃描儀進行的最大項目——1957年International Metro Step Van廂型車的復原，他和另一家汽車店的商業(yè)伙伴Luke Williams計劃在2023年底前完成從頭開始的復原工作。

這輛廂型車的車主不僅想按原樣翻新車輛，還希望將其復古外觀與跑車的動力相結(jié)合，配備增壓6.2升HEMI Hellcat V8發(fā)動機。

作為當今最強大的美系肌肉車Dodge Challenger SRT® Hellcat車型的標準配置，V8擁有超過700馬力，與原車的發(fā)動機不同，這將使車主可以在全國各地自由駕駛他的廂型車。除了發(fā)動機，他還想調(diào)整設(shè)計，讓廂型車看起來不那么“臃腫”，并保留所有原廠的電子裝置。


修復前的1957年Metro Van原始車身（圖片來源：Chad Forward）

在收集了車主的設(shè)計和工程要求并制作了一些初步草圖后，F(xiàn)orward和Williams提出了一個計劃：由于原車身太舊并且生銹無法修復，因此從頭開始制造整車會更快，以舊零件和改造零件的掃描作為CAD中新零件進行建模的基礎(chǔ)。

3.1 第一階段：雕刻車身

第一步：切割和雕刻車身。計劃是將現(xiàn)有車身或其中一個部件改造成所需的形狀，然后對這個部分進行3D掃描，并將數(shù)據(jù)作為整個車身在CAD中進行建模的起點。

為了做到這一點，Williams用角磨機切割了原車身，在稍微不同的位置重新進行了焊接，然后使用大量的車身填充物和底漆來制造了一個他滿意的啞光表面。


計劃將其中一個車身部位改造成所需形狀，然后3D掃描+整個車身CAD建模
(圖片來自streetmachine.com.au)

3.2 第二階段：構(gòu)建底盤

與此同時，F(xiàn)orward將Dodge Hellcat所有動力傳動系統(tǒng)組件——發(fā)動機、所有布線、前后懸架——安裝在底盤周圍他建造的基礎(chǔ)平臺上。他想看看所有組件如何組裝在一起，是否符合ADR（澳大利亞設(shè)計規(guī)定）標準，同時掃描它們確認哪些新的底盤部件需要在CAD中建模。

3.3 第三階段：3D掃描

接下來Forward使用他的Artec Leo對車輛左前角以及底盤和其他內(nèi)部組件進行掃描。所有的掃描只需要幾分鐘；然后他將所有數(shù)據(jù)上傳到Artec Studio進行處理并創(chuàng)建.STL文件。


使用Artec Leo掃描廂型車(圖片來自streetmachine.com.au)


使用Artec Leo 3D掃描改造后的車身


后懸架的3D掃描

3.4 第四階段：為車身建模
接下來：對車體表面進行建模。為此，F(xiàn)orward將來自Artec Studio的掃描數(shù)據(jù)導入Autodesk Alias，這是一款用于汽車外飾的CAD工業(yè)設(shè)計軟件，并以此數(shù)據(jù)作為藍圖來繪制未來車身表面的草圖。


Forward使用Autodesk Alias軟件根據(jù)他用掃描數(shù)據(jù)繪制的草圖來創(chuàng)建車身表面
(圖片來自streetmachine.com.au)


Alias軟件中的3D掃描（淺藍色）和CAD 數(shù)據(jù)（藍色）

3.5 第五階段：為底盤建模

Forward使用SOLIDWORKS，用于底盤和所有其他工程部件的建模。按照相同的工作流程，他將使用Leo捕獲的掃描數(shù)據(jù)上傳到SW，并圍繞著該數(shù)據(jù)對新零件進行建模。得到精確的內(nèi)部組件3D副本，F(xiàn)orward可以在設(shè)計過程中將它們作為準確的參考，也可以更加清晰地了解他將遇到的問題。隨著設(shè)計的進展，他掃描了更多的部件，并將它們作為參考模型添加到軟件中。


Forward將用來建模的底盤掃描作為在SOLIDWORKS中創(chuàng)建CAD模型的基礎(chǔ)

3.6 第六階段：激光切割和焊接新組件

在經(jīng)過SOLIDWORKS處理后，F(xiàn)orward將所有CAD組件傳送到激光切割機，然后焊接到底盤上。


在進行焊接到底盤之前，激光切割待組裝的平面部件(圖片來自streetmachine.com.au)

焊接完所有底盤部件后，完整的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被送到汽車電工那里，將底盤與Hellcat的原始部件組裝在一起。同時，F(xiàn)orward準備根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的建模切割出車身表面（第4階段中），來進行汽車車身沖壓，然后用于制造面板和測試配件。


Forward將用于制作車身沖壓的新車身外觀的最終設(shè)計

團隊預計將在未來12個月內(nèi)完成所有車身工作，并預留多幾個月的時間，在2023年底前完成內(nèi)飾、涂裝和其他完善工作。一旦完成，F(xiàn)orward希望這個項目能成為很好的橋梁為其他的工作室和客戶帶來啟發(fā)。

“我認為Metro Van作為如何重塑整個汽車，是一個很好的例子，”Forward說�！半m然我們的過程漫長，但將舊車按原樣修復遠比在3D掃描儀的數(shù)據(jù)支持下從頭開始建造，需要更長的時間。能夠根據(jù)捕獲的3D數(shù)據(jù)、進行逆向工程，制作部件——這就是我創(chuàng)業(yè)的初衷。”

“當HD模式推出時，我大吃一驚，就如同我買了一臺全新的掃描儀�！�

Forward從不遲疑改用了3D掃描。能夠創(chuàng)建汽車部件的精確數(shù)字副本，再也不用手工測量，徹底的改變了他的工作方式，提高了他收集數(shù)據(jù)的準確性以及整體生產(chǎn)力。

而這一切都會日益精進�！拔乙恢睂�Artec為保持領(lǐng)先地位的精益求精和不斷升級印象深刻，”他說�！懊看诬浖�升級，對我來說都是一次全新的體驗。Artec Studio 15和16之間的差異令人難以置信——當HD模式推出時，我大吃一驚，就如同我買了一臺全新的掃描儀�！�