詳解如何用3D技術(shù)為老爺車(chē)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(jiǎn)化從頭開(kāi)始制造已停產(chǎn)的汽車(chē)零部件過(guò)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(zhǔn)備制造或原型制作所需的時(shí)間從幾天縮短到幾個(gè)小時(shí)

為何選Artec：Leo提供從頭開(kāi)始構(gòu)建的自由度，這是其他選項(xiàng)無(wú)法比擬的。隨著捕獲數(shù)據(jù)的時(shí)間減少，可以將更多時(shí)間用于CAD建模、設(shè)計(jì)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(chē)設(shè)計(jì)工作室和定制汽車(chē)店做了15年設(shè)計(jì)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(ài)的事業(yè)——制造汽車(chē)。

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(jì)和協(xié)作空間。在那里，F(xiàn)orward和他的分包商——汽車(chē)設(shè)計(jì)師、技術(shù)人員和電工——致力于為汽車(chē)產(chǎn)品售后市場(chǎng)和定制汽車(chē)設(shè)計(jì)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(shuō)�！巴ㄟ^(guò)觀察豐田、福特和其他設(shè)計(jì)工作室杰出的工程師和出色的設(shè)計(jì)師，使我真正意識(shí)到聘請(qǐng)這些人并建立工作間，讓他們都來(lái)創(chuàng)造一些東西，有益于澳大利亞的汽車(chē)市場(chǎng)�！�

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(kāi)始構(gòu)建，無(wú)論是再也無(wú)法購(gòu)買(mǎi)到的零件，還是客戶想要重塑的整個(gè)過(guò)程。直到2017年，他的逆向工作流程花費(fèi)了大量時(shí)間，而幾乎沒(méi)有什么成果�！坝袝r(shí)我需要一整天的時(shí)間來(lái)測(cè)量底盤(pán)，獲得真正的基礎(chǔ)測(cè)量結(jié)果，然后嘗試在CAD中根據(jù)這些信息進(jìn)行建�！�，F(xiàn)orward補(bǔ)充說(shuō)：“我經(jīng)常因?yàn)橐�趕時(shí)間而錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵性的元素，不得不來(lái)回地返工。”


Scratch Build的創(chuàng)始人使用Artec Leo輕松測(cè)量任何零件(圖片來(lái)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(dāng)年Artec發(fā)布了無(wú)線手持式3D掃描儀Artec Leo時(shí)，F(xiàn)orward馬上就被征服了。他說(shuō)：“20年前，當(dāng)我從事定制汽車(chē)業(yè)務(wù)時(shí)，我認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)在我有生之年都不會(huì)出現(xiàn)，”Forward通過(guò)Artec的澳大利亞經(jīng)銷(xiāo)商O(píng)bjective3D預(yù)訂了掃描儀，據(jù)團(tuán)隊(duì)回憶，他是第一個(gè)收到掃描儀的幸運(yùn)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(xiàng)技術(shù)帶到澳大利亞和新西蘭市場(chǎng)，”O(jiān)bjective3D總經(jīng)理Matt Minio說(shuō)，“這對(duì)汽車(chē)工程師特別有幫助，他們可以使用Leo進(jìn)行零部件逆向工程，并了解它們?nèi)绾斡绊懫��?chē)的性能�！�

Artec Leo的設(shè)計(jì)兼顧了移動(dòng)性和易用性，是一款功能強(qiáng)大且獨(dú)一無(wú)二的3D描儀，無(wú)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(duì)整車(chē)進(jìn)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(dòng)機(jī)載處理、無(wú)線連接、內(nèi)置觸摸屏和電池，無(wú)論用戶身在何處：定制汽車(chē)店、工廠車(chē)間還是沒(méi)有電力的偏遠(yuǎn)位置，掃描儀都能提供完整的自主性和自由移動(dòng)。

對(duì)Forward來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)：“我花了四年時(shí)間下定決心花費(fèi)4,000美元來(lái)買(mǎi)一臺(tái)3D打印機(jī)，但說(shuō)服我購(gòu)買(mǎi)4萬(wàn)多美元的掃描儀只用了15分鐘�！�

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開(kāi)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(méi)有停止。如今，所有汽車(chē)上需要測(cè)量的東西都由Leo進(jìn)行掃描，無(wú)論現(xiàn)場(chǎng)是店里或是在野外，為他和他的客戶節(jié)省了寶貴的時(shí)間。現(xiàn)在他將剩余的時(shí)間花在汽車(chē)零件的CAD建模、設(shè)計(jì)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(tái)設(shè)備能帶給我這么大的自由。無(wú)論位置或零件的復(fù)雜程度如何，我現(xiàn)在都能夠輕松地捕獲數(shù)據(jù)，”Forward補(bǔ)充道。


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

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

“我有兩臺(tái)臺(tái)式電腦：一臺(tái)用于處理所有掃描數(shù)據(jù)，另一臺(tái)用于CAD建模。由于我總是有項(xiàng)目在進(jìn)行中，所以我更希望能同時(shí)進(jìn)行處理，”Forward解釋說(shuō)。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(shí)體CAD模型。


Artec Leo內(nèi)置觸控屏讓Forward能實(shí)時(shí)預(yù)覽掃描結(jié)果
(圖片來(lái)自streetmachine.com.au)

在客戶所在的地方使用3D掃描儀也為Forward帶來(lái)了新的工作機(jī)會(huì)：“每次我?guī)�Leo出差去某個(gè)地方，肯定能從當(dāng)?shù)孬@得另一個(gè)新項(xiàng)目。客戶會(huì)把我推薦到另一個(gè)地方，諸如此類，”他分享道。在現(xiàn)場(chǎng)，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(wú)法找到的零件中收集有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

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1957年的廂型車(chē)

目前為止，F(xiàn)orward使用掃描儀進(jìn)行的最大項(xiàng)目——1957年International Metro Step Van廂型車(chē)的復(fù)原，他和另一家汽車(chē)店的商業(yè)伙伴L(zhǎng)uke Williams計(jì)劃在2023年底前完成從頭開(kāi)始的復(fù)原工作。

這輛廂型車(chē)的車(chē)主不僅想按原樣翻新車(chē)輛，還希望將其復(fù)古外觀與跑車(chē)的動(dòng)力相結(jié)合，配備增壓6.2升HEMI Hellcat V8發(fā)動(dòng)機(jī)。

作為當(dāng)今最強(qiáng)大的美系肌肉車(chē)Dodge Challenger SRT® Hellcat車(chē)型的標(biāo)準(zhǔn)配置，V8擁有超過(guò)700馬力，與原車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)不同，這將使車(chē)主可以在全國(guó)各地自由駕駛他的廂型車(chē)。除了發(fā)動(dòng)機(jī)，他還想調(diào)整設(shè)計(jì)，讓廂型車(chē)看起來(lái)不那么“臃腫”，并保留所有原廠的電子裝置。


修復(fù)前的1957年Metro Van原始車(chē)身（圖片來(lái)源：Chad Forward）

在收集了車(chē)主的設(shè)計(jì)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(gè)計(jì)劃：由于原車(chē)身太舊并且生銹無(wú)法修復(fù)，因此從頭開(kāi)始制造整車(chē)會(huì)更快，以舊零件和改造零件的掃描作為CAD中新零件進(jìn)行建模的基礎(chǔ)。

3.1 第一階段：雕刻車(chē)身

第一步：切割和雕刻車(chē)身。計(jì)劃是將現(xiàn)有車(chē)身或其中一個(gè)部件改造成所需的形狀，然后對(duì)這個(gè)部分進(jìn)行3D掃描，并將數(shù)據(jù)作為整個(gè)車(chē)身在CAD中進(jìn)行建模的起點(diǎn)。

為了做到這一點(diǎn)，Williams用角磨機(jī)切割了原車(chē)身，在稍微不同的位置重新進(jìn)行了焊接，然后使用大量的車(chē)身填充物和底漆來(lái)制造了一個(gè)他滿意的啞光表面。


計(jì)劃將其中一個(gè)車(chē)身部位改造成所需形狀，然后3D掃描+整個(gè)車(chē)身CAD建模
(圖片來(lái)自streetmachine.com.au)

3.2 第二階段：構(gòu)建底盤(pán)

與此同時(shí)，F(xiàn)orward將Dodge Hellcat所有動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)組件——發(fā)動(dòng)機(jī)、所有布線、前后懸架——安裝在底盤(pán)周?chē)�他建造的基礎(chǔ)平臺(tái)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(jì)規(guī)定）標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)掃描它們確認(rèn)哪些新的底盤(pán)部件需要在CAD中建模。

3.3 第三階段：3D掃描

接下來(lái)Forward使用他的Artec Leo對(duì)車(chē)輛左前角以及底盤(pán)和其他內(nèi)部組件進(jìn)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(jìn)行處理并創(chuàng)建.STL文件。


使用Artec Leo掃描廂型車(chē)(圖片來(lái)自streetmachine.com.au)


使用Artec Leo 3D掃描改造后的車(chē)身


后懸架的3D掃描

3.4 第四階段：為車(chē)身建模
接下來(lái)：對(duì)車(chē)體表面進(jìn)行建模。為此，F(xiàn)orward將來(lái)自Artec Studio的掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入Autodesk Alias，這是一款用于汽車(chē)外飾的CAD工業(yè)設(shè)計(jì)軟件，并以此數(shù)據(jù)作為藍(lán)圖來(lái)繪制未來(lái)車(chē)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(lái)創(chuàng)建車(chē)身表面
(圖片來(lái)自streetmachine.com.au)


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

3.5 第五階段：為底盤(pán)建模

Forward使用SOLIDWORKS，用于底盤(pán)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(duì)新零件進(jìn)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(jì)過(guò)程中將它們作為準(zhǔn)確的參考，也可以更加清晰地了解他將遇到的問(wèn)題。隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)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(lái)建模的底盤(pán)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(guò)SOLIDWORKS處理后，F(xiàn)orward將所有CAD組件傳送到激光切割機(jī)，然后焊接到底盤(pán)上。


在進(jìn)行焊接到底盤(pán)之前，激光切割待組裝的平面部件(圖片來(lái)自streetmachine.com.au)

焊接完所有底盤(pán)部件后，完整的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被送到汽車(chē)電工那里，將底盤(pán)與Hellcat的原始部件組裝在一起。同時(shí)，F(xiàn)orward準(zhǔn)備根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的建模切割出車(chē)身表面（第4階段中），來(lái)進(jìn)行汽車(chē)車(chē)身沖壓，然后用于制造面板和測(cè)試配件。


Forward將用于制作車(chē)身沖壓的新車(chē)身外觀的最終設(shè)計(jì)

團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)將在未來(lái)12個(gè)月內(nèi)完成所有車(chē)身工作，并預(yù)留多幾個(gè)月的時(shí)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(gè)項(xiàng)目能成為很好的橋梁為其他的工作室和客戶帶來(lái)啟發(fā)。

“我認(rèn)為Metro Van作為如何重塑整個(gè)汽車(chē)，是一個(gè)很好的例子，”Forward說(shuō)�！半m然我們的過(guò)程漫長(zhǎng)，但將舊車(chē)按原樣修復(fù)遠(yuǎn)比在3D掃描儀的數(shù)據(jù)支持下從頭開(kāi)始建造，需要更長(zhǎng)的時(shí)間。能夠根據(jù)捕獲的3D數(shù)據(jù)、進(jìn)行逆向工程，制作部件——這就是我創(chuàng)業(yè)的初衷�！�

“當(dāng)HD模式推出時(shí)，我大吃一驚，就如同我買(mǎi)了一臺(tái)全新的掃描儀�！�

Forward從不遲疑改用了3D掃描。能夠創(chuàng)建汽車(chē)部件的精確數(shù)字副本，再也不用手工測(cè)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(zhǔn)確性以及整體生產(chǎn)力。

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