Scansione 3D ad alta precisione per il design personalizzato di automobili con Artec Eva

18/01/2021

Di Matthew McMillion

Jason Heard dorme sempre sonni tranquilli. Delle centinaia di telai ad alte prestazioni che lui e il suo partner Jack Fisher hanno creato nel corso degli anni, nessuno ha mai fallito.

I conduttori del programma televisivo di Discovery Channel Twin Turbos, Doug e Brad DeBerti, con Jack Fisher che scansiona con Artec Eva

Parlando di ciò che può andare storto in un'auto (soprattutto quando si sta correndo su una pista a velocità vertiginose), esclusi gravi incidenti, la maggior parte di cose che possono accadere non è pericolosa per la vita del guidatore.

Che si tratti di un motore bruciato, di un guasto al sistema elettrico o di una rottura della trasmissione, questi eventi sono raramente fatali. Un guasto al telaio, d'altra parte, è quasi sicuramente letale.

Perciò progettare un design di telaio moderno ad alte prestazioni è un campo molto impegnativo. Se il design è troppo leggero, la resistenza e la sicurezza sono compromesse. Ma se un materiale più spesso, o più resistente, viene utilizzato in quantità eccessiva, le prestazioni ne risentiranno.

Raggiungere il massimo rapporto resistenza-peso in ogni telaio personalizzato è ormai da molti anni il pane quotidiano degli specialisti del design di telai della California del Sud di Tekk Consulting Inc.

Rendering digitale delle scansioni Artec Eva con telaio Tekk Consulting personalizzato per "The Performance Truck" di Brad DeBerti

La loro eccellente reputazione nel settore di essere quelli che "ce la fanno sempre", significa clienti che prenotano con mesi di anticipo e un flusso costante di progetti da parte di privati e dei più grandi operatori del settore, inclusi diverse importanti OEM, e molti altri.

Ma non è sempre stato così. Nel 2018, con oltre un decennio di progettazione di telai alle spalle, Tekk Consulting Inc aveva raggiunto un punto in cui, anche se gli aspetti tecnici del loro lavoro erano indiscutibilmente impeccabili, erano costantemente in una corsa contro il tempo per completare i loro progetti e mantenere gli standard elevati per cui sono ora famosi.

Rendering digitale di parti di una Ford Bronco del 1990 scansionate con Artec Eva

All'epoca, non era possibile avere più clienti e ciò significava non poter assumersi il volume di progetti necessario per spingersi in primo piano nel settore follemente competitivo del design del telaio.

Così Jason e Jack si sono seduti e hanno esaminato il loro flusso di lavoro dalla A alla Z. Hanno iniziato a cercare modi per renderlo più scattante e veloce, senza sacrificare minimamente la qualità. Una delle prime cose su cui si sono concentrati è stato il modo in cui misurano carrozzerie, parti e componenti delle auto.

Il metodo tradizionale, che prevede l'utilizzo di calibri, metri e righelli, era il modo in cui garantivano che le dimensioni fossero sufficientemente accurate. Ma è un processo troppo lento, che richiede ore e persino giorni per ogni progetto.

Quando si sono avventurati online, hanno iniziato a leggere di personalizzatori di auto e negozi che utilizzavano la scansione 3D per sostituire i metodi di misurazione manuali, risparmiando così molte ore su ogni progetto. Sono così arrivati sul sito Web di Artec 3D.

Artec Eva ha subito attirato la loro attenzione. Uno scanner 3D portatile e leggero, Eva cattura milioni di punti ogni secondo, creando in pochi minuti modelli 3D ad alta precisione di parti di automobili e innumerevoli altri tipi di oggetti. Jason e Jack hanno quindi preso il telefono e contattato il loro rivenditore Artec locale per organizzare una demo in loco.

Come detto da Heard, “Era quello che cercavamo. Nei primi 15 minuti della demo, sapevamo di aver trovato la nostra risposta. Quindi l'abbiamo comprato subito. Non c'è stato bisogno di alcuna formazione, era facilissimo da usare. Non abbiamo nemmeno dato un'occhiata al manuale. L'abbiamo comprato e abbiamo passato il resto del pomeriggio a scansionare ogni oggetto della nostra officina. Alla fine della giornata, il tempo del nostro flusso di lavoro era ridotto ai minimi storici."

Jack Fisher scansiona la parte posteriore della Ford F450 di Brad DeBerti per il SEMA Ford 2019 con Artec Eva

Da quel momento, Tekk Consulting Inc ha utilizzato il suo Artec Eva ogni giorno, su centinaia di progetti tra cui @ThePerformanceTruck di Brad Deberti, lavori per le prime 10 case automobilistiche del mondo, oltre a tutti i classici, le muscle car, progetti SEMA e altro ancora.

Heard ha spiegato: “Se chiedi a qualcuno di importante in questo settore, ti dirà così: la tua reputazione è la tua linfa vitale. Per qualsiasi motivo, se la perdi, puoi anche appendere il cappello al chiodo e farla finita. Ciò significa non tagliare gli angoli, perché la sicurezza è tutto e non fare mai il passo più lungo della gamba."

Ha continuato: "Il nostro Artec Eva ci dà il potere di fare di più e farlo meglio di quanto abbiamo mai fatto prima. Senza sacrifici in termini di precisione o sicurezza. E ora possiamo acquisire digitalmente qualsiasi struttura del corpo auto o geometria delle parti ci si presenti, non importa quanto complessa. Con precisione e velocità."

Jason Heard scansiona l'interno di una cabina Toyota Tacoma del 2020 con Artec Eva per il progetto Deberti "The Performance Truck"

Heard ha delineato il suo flusso di lavoro di scansione con Eva:

“Per le parti e i componenti, ho costruito una piccola lazy Susan (piattaforma rotante) su cui scansionare le parti. Se sono lucide, uso un po 'di talco per bambini o uno spray. Si tratta di un 1/5000 di pollice di rivestimento superficiale, quindi non influisce affatto sulla qualità di scansione."

Ha continuato: "Quindi ho scansionato la parte, due passaggi per un lato, due passaggi per l'altro, per assicurarmi di acquisire tutto. Lavorando invece sulle parti meccaniche del componente, per ottenere ad esempio la spaziatura esatta tra i fori dei bulloni e i fori stessi, li disegno in Geomagic Design X dopo averli misurati con un micrometro. È semplicissimo e velocissimo in questo modo."

"Quando eseguiamo la scansione di carrozzerie", ha detto Heard, "in genere eseguiamo una prima scansione in un unico "passaggio di geometria" di tutta la grande struttura. Dopodiché, torneremo e scansioneremo pezzi qua o là. Quindi li alleniamo con la scansione del primo passaggio. Dopodiché elaboriamo le scansioni in Artec Studio."

Schermata di Artec Studio durante una scansione Artec Eva del "The Performance Truck" di DeBerti.

Ha spiegato il suo processo nel software Artec Studio: "Uso lo strumento Gomma, che mi consente di rimuovere facilmente tutto ciò che non voglio. La base della lazy Susan, eventuali attrezzi, ecc. A seconda di quanto tempo ho, a volte eseguo un allineamento automatico o lo faccio manualmente, quindi, dopo che tutto è allineato, eseguo una registrazione globale, ecc."

"Ma su grandi carrozzerie e strutture non effettuo la registrazione globale, mi limito a una Sharp Fusion, perché funziona perfettamente per dare al tutto un aspetto uniforme e nitido."

Successivamente, esportano le scansioni in Design X / SOLIDWORKS 2020, dove iniziano a progettare il telaio.

Passaggio da scansione 3D a CAD di una Ford da 9" Third Member Assembly (per la progettazione accurata dell'alloggiamento posteriore) partendo da una scansione Artec Eva

Eva ha permesso a Tekk Consulting Inc di massimizzare lo spazio all'interno del camion (@ThePerformanceTruck), "dove i tubi del telaio sono perfettamente adagiati contro la struttura del camion", ottenendo così spazio extra all'interno della cabina, lasciando la testa abbastanza lontana dal telaio stesso. Dal punto di vista della sicurezza, secondo Heard, "È un progresso enorme".

Nel malaugurato caso in cui l'auto o il camion dovessero ribaltarsi, è sempre opportuno che ci sia una distanza sufficiente tra te e il telaio. Con Eva, sono stati in grado di massimizzare questo aspetto. “E questo è un vantaggio di proporzioni epiche. È il risultato diretto di avere una scansione perfetta del corpo dell'auto o del camion, che ci consente di progettare un telaio che si adatta come un guanto."

Telaio, sospensioni e componenti di un Can Am X3 a 2 posti scansionati con Artec Eva

Ogni personalizzatore di auto che abbia mai avuto bisogno di file CAD da un OEM conosce la frustrazione di aspettare e aspettare che arrivino. A peggiorare le cose, quando le scadenze del progetto si avvicinano e i clienti ti chiamano ogni giorno, è allora che la pazienza si esaurisce.

Come detto da Heard, "Se dovessimo aspettare i file CAD prima di metterci al lavoro, non saremmo in grado di raggiungere le nostre strettissime scadenze. Ma ora non dobbiamo più aspettare. Scansioniamo noi stessi, che si tratti di una Porsche o di una Toyota o di un lotto di parti, qualunque cosa."

Scansione rapida Artec Eva di un motore GTR

Ha continuato: "E quando confrontiamo le nostre scansioni con Eva con i file CAD che, dopo lunghe attese, ci arrivano? Wow! Non crederesti a quanto sono simili. Sempre. All'inizio siamo rimasti sorpresi, ma dopo centinaia di progetti ci siamo abituati. Ora non aspettiamo nemmeno i file CAD. Scansioniamo e ci mettiamo subito al lavoro. Già solo questo ci ha risparmiato interi giorni di attesa."

Scansione Artec Eva (blu) allineata con il file OEM di Toyota (giallo) per il Toyota Tacoma di Brad DeBerti "The Performance Truck"

Per quanto riguarda il lavoro con le auto d'epoca, raramente esistono i loro file CAD. Ecco quando la scansione 3D può essere un fattore fondamentale per andare avanti in un progetto. Heard ha spiegato: "Con Eva, posso scansionare parti o interi corpi di auto classiche. Poi la scansione resta mia. Ed è assolutamente perfetta."

Ha continuato, parlando delle possibilità: "Posso trasformarlo come voglio in Geomagic, stamparlo in 3D o fresarlo con una macchina CNC, oppure venderlo online a uno dei migliaia di negozi in tutto il mondo che fanno questo tipo di lavoro. Negozi con uno, due o tre ragazzi, fabbricatori o costruttori, che producono dalle 10 alle 20 auto all'anno, il 90% del settore sta proprio lì."

Per quanto riguarda le tolleranze di fabbrica come parte del processo di produzione, queste sono evidenti anche durante la scansione 3D di cabine e carrozzerie fin dalla linea di assemblaggio. Secondo Heard, "È risaputo che i file CAD dell'OEM non tengono conto delle tolleranze di produzione. È così e basta."

Ha aggiunto: "Se stai lavorando su un'auto americana, potresti avere una deviazione di 1/4 di pollice e sarebbe accettabile. Su un'auto straniera molto costosa, sarà probabilmente 1/8. Le nostre scansioni con Eva sono molto più precise di così. Quindi, quando vediamo differenze tra le scansioni 3D e i file CAD, teniamo conto di tali tolleranze."

Per quanto riguarda la possibilità di scansionare in un giorno più di quanto avrebbero mai potuto misurare a mano, Heard ha detto: "Per fare un esempio, proprio ieri mattina ho scansionato la sospensione anteriore per un Raptor nuovo di zecca, a 360 gradi, tutto. Quindi ho scansionato cinque diversi sedili da gara, li ho aggiunti nella geometria del supporto, e ora le scansioni possono essere trasferite in qualsiasi file CAD quando progettiamo un telaio, in modo che questi sedili saranno montati perfettamente."

Sezione di telaio Can Am X3 con scansione Artec Eva di braccia e componenti di controllo anteriore

Tekk Consulting Inc ha abbracciato la scansione 3D con Eva così fervidamente che ha iniziato a vendere le sue scansioni online tramite il proprio mercato digitale su DIYoffroad.com. Negli anni sono stati contattati da centinaia di personalizzatori di auto e progettisti di telai in dozzine di paesi in tutto il mondo. E il mercato sta diventando ancora più grande col passare del tempo.

Heard ha consigliato Artec Eva a tutte le sue conoscenze nel settore, senza pausa. Secondo le sue parole, "Mi sta benissimo condividere quello che facciamo. Compresi i dettagli sulla straordinaria tecnologia che stiamo utilizzando. È solo grazie al nostro Eva se siamo dove siamo oggi, con molto lavoro da fare e la possibilità di scegliere i nostri progetti."

Jason Heard immagina un futuro in cui "Ogni negozio di auto e designer avrà i propri scanner e stampanti 3D. Il mercato si sta già muovendo in questa direzione. Ciò significa che specialisti in tutto il mondo creano risorse digitali, le utilizzano direttamente nei loro negozi o le vendono online ad altre persone."

Scansione di Artec Eva di una cabina Ford del '33 per uno dei progetti SEMA di Tekk Consulting

Ha spiegato inoltre: "Un altro esempio delle possibilità offerte dalla scansione 3D: un ragazzo in Italia prende il suo Eva e scansiona una Ferrari nuova di zecca, o una classica, insieme a tutte le parti che vuole, paraurti, parafango, ecc., E solo poche ore dopo riunisce il tutto in un unico pacchetto, oppure lo personalizza e lo trasforma in un kit wide-body."

Rendering digitale di una Ford del '33, motore e componenti scansionati con Artec Eva

Un altro aspetto del lavoro di progettazione ad alte prestazioni svolto da Tekk Consulting Inc è l'analisi degli elementi finiti (FEA) sui componenti scansionati, solitamente attraverso thin-shell approximation. Ciò comporta l'acquisizione delle dimensioni precise delle parti e quindi l'analisi della loro resistenza meccanica e rigidità, o quanto possono piegarsi e come appare quella deflessione in CAD. Questo processo consente loro di riprogettare un componente per risolvere un suo problema, garantendo al contempo che il componente funzioni come o meglio di prima.

Parti scansionate con Artec Eva pronte per il FEA in CAD

In passato ciò richiedeva la misurazione manuale di questi componenti, che spesso si traduceva in ore, inclusi doppi controlli e misurazioni.

Ma ora, con il loro Eva in mano, stanno catturando con precisione tali parti in pochi minuti. Dai bracci di controllo ai giunti girevoli, dai roll bar alle sospensioni e altro ancora. Non sono necessarie nuove misurazioni o ripensamenti.

Pronto per il FEA: Artec Eva scansiona i bracci di controllo delle sospensioni di una Ford Raptor 2020

Heard ha spiegato perché è così cruciale: "Non importa quanto siano sorprendenti i tuoi elementi finiti, se i dati in ingresso sono difettosi, anche solo di una frazione di pollice, ti attende un disastro. Non è possibile piegare e torcere matematicamente quei componenti per prevenire guasti e aumentare le prestazioni. Non se ne parla proprio".

Ha continuato: "Il nostro Eva è stato un vero e proprio punto di svolta per noi. Ora posso prendere un sacco di parti e scansionarle prima di pranzo. Alla fine della giornata, abbiamo svolto tutte le nostre analisi e tutto procede senza intoppi nei tempi previsti per creare il progetto finale."

Uno sguardo all'interno del Toyota Tacoma "The Performance Truck" di DeBerti, con il telaio personalizzato di Tekk Consulting saldamente in posizione

Per riassumere l'impatto che Eva ha avuto sul loro lavoro, Heard ha aggiunto: "Quando cerchi di costruire un'auto da corsa e hai una fase che prima ti portava via dalle 14 alle 16 ore, e ora ti bastano solo 2 o 3 ore, si tratta di una differenza enorme, senza contare l'accuratezza e gli angoli di sicurezza che la scansione 3D Artec Eva ci permette di raggiungere."