Artec Eva로 맞춤형 자동차 차대 설계를 위한 고정밀 3D 스캐닝

2021년 1월 18일

글: Matthew McMillion

Jason Heard는 걱정으로 인해 잠을 설치지 않습니다. 그와 그의 파트너인 Jack Fisher는 수년간 수백 개의 고성능 차대를 만들어 왔지만, 단 한 개도 실패한 적이 없습니다.

Artec Eva로 스캔하는 Jack Fisher와 Discovery Channel의 인기 TV 쇼 Twin Turbos Doug & Brad DeBerti의 진행자들

자동차에서 잘못될 수 있는 것에 관한 한, 특히 엄청난 속도로 풍경을 가로지르거나 트랙을 돌고 있을 때 큰 충돌을 제외하고 일어날 수 있는 대부분의 상황은 운전자의 생명에 위협이 되지 않습니다.

엔진 고장, 전기 시스템 고장이든 또는 변속기 파손이든 이러한 사건은 거의 치명적이지 않습니다. 반면에 차대 고장은 거의 치명적입니다.

이것이 바로 현대적인 고성능 차대 설계를 까다로운 분야로 만드는 이유입니다. 디자인이 너무 가벼우면 강도와 안전성이 떨어집니다. 그러나 더 많은 재료 또는 더 강한 재료를 과도하게 사용하면 성능이 떨어질 수 있습니다.

생명을 불어넣는 모든 맞춤형 차대에서 최고의 강도 대 중량 비율을 달성하는 것이 Tekk Consulting Inc의 Southern California 차대 설계 전문가들이 수년간 해온 일입니다.

Brad DeBerti의 "The Performance Truck"를 위한 맞춤형 Tekk Consulting 차대의 Artec Eva 스캔 디지털 렌더링

업계에서 “문제를 바로 해결하는" 회사로 통하는 그들의 본래의 명성으로 인해 몇 달 전에 고객을 예약하고 여러 주요 OEM 및 기타 업체를 포함하여 업계의 유력 기업뿐만 아니라 개인 고객들을 위한 프로젝트를 꾸준히 진행하고 있습니다.

하지만 항상 그런 것은 아니었습니다. 2018년에 Tekk Consulting Inc는 10년이 넘는 차대 설계 경험을 바탕으로 작업의 기술적 측면은 의심할 여지 없이 완벽하지만, 프로젝트를 완료하기 위해 명성이 난 높은 기준을 유지하면서 끊임없이 시간에 쫓기는 상황에 도달했습니다.

Artec Eva로 스캔한 1990년형 Ford Bronco 부품의 디지털 렌더링

그 당시에는 더 많은 고객을 추가할 수 없었으며, 이로 인해 경쟁이 치열한 차대 설계 산업에서 선두를 차지하는 데 필요한 많은 프로젝트를 수행할 수 없었습니다.

그래서 Jason과 Jack은 처음부터 끝까지 작업 흐름을 면밀히 조사했습니다. 그리고 최소한 품질을 희생하지 않으면서 더 빡빡하고 빠르게 작업할 수 있는 방법을 찾기 시작했습니다. 그들이 가장 먼저 중점을 둔 것 중 하나는 자동차 차체, 부품 및 구성품을 측정하는 방법이었습니다.

캘리퍼, 줄자 및 자를 사용하는 전통적인 방법은 의심의 여지 없이 치수를 정확하게 재는 방법이었습니다. 그러나 그것은 모든 프로젝트에 몇 시간, 심지어는 며칠이 걸리는 매우 느린 공정입니다.

그들은 온라인으로 검색하면서 수동 측정 방법 대신에 3D 스캐닝을 사용하는 자동차 튜닝 업체와 작업장에 대해 읽기 시작했습니다. 그 방법으로 각 프로젝트에 대해 작업 시간을 절약할 수 있다는 것을 알았습니다. 검색은 계속 이어졌고 결국 Artec 3D 웹사이트를 발견했습니다.

그곳에서 Artec Eva가 그들의 눈을 사로잡았습니다. 가벼운 휴대용 3D 스캐너인 Eva는 매초 수백만 개의 포인트를 캡처하여 몇 분 만에 자동차 부품 및 수많은 다른 종류의 물체의 고정밀 3D 모형을 만들 수 있습니다. 그래서 그들은 현지 Artec 딜러에게 전화하여 현장 시연을 의뢰했습니다.

Heard는 “바로 그거였습니다. 우리는 시연을 시작한 지 처음 15분 만에 답을 찾았다는 것을 알았습니다. 그래서 바로 그 자리에서 그것을 구매했습니다. 교육이 필요하지 않을 정도로 사용하기 쉽습니다. 사용 설명서는 들여다보지도 않았습니다. 바로 그것을 구매하고 오후 반나절 동안 작업장 주변의 모든 것을 스캔했습니다. 하루가 끝날 무렵 우리는 작업 흐름을 완벽히 숙지했습니다”라고 말했습니다.

2019년 Ford의 SEMA에서 전시할 Brad DeBerti의 Ford F450 후면을 Artec Eva로 스캔하는 Jack Fisher

그 순간부터 Tekk Consulting Inc는 매일 모든 종류의 클래식 자동차, 머슬카, 여러 SEMA 프로젝트 등은 물론 Brad Deberti의 @ThePerformanceTruck을 포함한 수백 개의 프로젝트와 상위 10대 자동차 제조업체를 위한 작업에 Artec Eva를 사용했습니다.

Heard는 "이 사업에 종사하는 사람에게 물어보면 다음과 같이 말할 것입니다. 귀하의 평판은 생명선입니다. 어떤 이유로든 평판을 잃으면 일을 그만두는 편이 낫습니다. 이는 안전이 모든 것이고 감당하지 못할 일을 약속하지 않기 때문에 부실 작업이 없음을 의미합니다”라고 설명했습니다.

그는 이어서 “우리는 Artec Eva를 사용하여 이전보다 더 많은 작업을 더 잘할 수 있습니다. 정확성이나 안전성은 전혀 희생되지 않습니다, 사실, 이제 우리가 원하는 모든 자동차 구조나 부품 형상을 복잡성과 상관 없이 디지털 방식으로 캡처할 수 있습니다. 빠르고 정밀하게 말이죠”라고 말했습니다.

Deberti의 "The Performance Truck" 프로젝트를 위해 Artec Eva로 2020년형 Toyota Tacoma 택시 내부를 스캔하는 Jason Heard

그는 Eva를 사용한 스캐닝 작업 흐름을 다음과 같이 요약했습니다.

“부품 및 구성품을 스캔할 때 올려놓을 수 있는 약간 느릿느릿 회전하는 Susan(턴테이블)을 만들었습니다. 반짝이는 부품이나 구성품의 경우, 베이비 파우더나 스프레이형 디퓨저를 사용합니다. 이렇게 하면 표면 코팅에 1/5000분의 1인치 정도만 추가되므로 스캔 품질에 전혀 영향을 주지 않습니다."

그는 이어서 “그런 다음 한 면을 두 번, 다른 면을 두 번 스캔하여 제대로 된 결과가 나오도록 합니다. 그런 다음 구성품의 기계 부품의 경우, 예를 들어, 볼트 구멍과 구멍 자체 사이의 정확한 간격을 얻기 위해 마이크로미터로 측정한 후 Geomagic Design X에서 그립니다. 이렇게 하면 정말 아주 쉽고 빠르게 작업할 수 있습니다”라고 말했습니다.

Heard는 "자동차 차체와 운전석을 스캔할 때 일반적으로 큰 구조를 잡는 것을 의미하는 한 번의 주요 '형상 시도'로 스캔합니다. 그 후 여기저기 큰 덩어리들을 스캔합니다. 그런 다음 이를 처음에 만든 스캔과 정렬합니다. 그리고 나서 Artec Studio에서 스캔을 처리합니다”라고 말했습니다.

DeBerti의 "The Performance Truck"의 Artec Eva 스캔 중 Artec Studio 스크린숏

그는 Artec Studio 소프트웨어에서 처리하는 것에 대해 "지우개 도구를 사용하여 없애야 할 것들을 쉽게 지워버릴 수 있습니다. 느릿느릿 회전하는 Susan의 맨 아래 부분과 소품 등입니다. 시간에 따라 자동으로 정렬을 하거나 수동으로 정렬한 다음 모든 것이 정렬되면 전역 정합 등을 합니다.

하지만 큰 운전석과 구조물에서는 전역 정합을 하지 않고 Sharp Fusion을 고수합니다. 모든 것을 하나로 묶어 유지하는 데 완벽하게 작동하고 압정처럼 날카로워 보이기 때문입니다"라고 설명했습니다.

그런 다음 스캔을 Design X/SOLIDWORKS 2020으로 내보내 차대 그리기를 시작합니다.

Artec Eva 3D 스캔을 기반으로 한(제작된 차량 후미 하우징의 정밀 설계용) Ford 9인치 Third Member Assembly의 CAD 변환 도면

Eva 통해 Tekk Consulting Inc "차대 튜브가 트럭의 외판에 완벽하게 맞닿아있는" 트럭(@ThePerformanceTruck) 내부 공간을 극대화할 있었으며, 이는 또한 운전실 내에 여유 공간이 있어 머리가 차대 자체에서 충분히 떨어져 있음을 의미합니다. 안전율에 대해 Heard엄청납니다라고 말했습니다.

불행히도 차나 트럭이 전복되는 경우 항상 차대에서 충분히 떨어져 있고 싶을 것입니다. 그들은 Eva를 사용하여 그 간격을 최대한으로 극대화할 수 있었습니다. “그리고 그것은 우리에게 엄청난 장점입니다. 이는 자동차나 트럭의 차체를 완벽하게 스캔한 직접적인 결과이며, 이를 통해 장갑처럼 딱 맞는 차대를 설계할 수 있습니다.”

Artec Eva로 스캔한 Can Am X3 차대, 서스펜션 및 구성품

OEM으로부터 CAD 파일을 받아야 했던 모든 자동차 튜닝 업체는 파일이 도면이 도착할 때까지 기다리고 기다려야 했던 적어도 가끔은 느낀 좌절감을 알고 있습니다. 설상가상으로, 프로젝트 마감일이 다가오고 고객이 매일 전화를 걸면 인내심이 약해집니다.

Heard는 "작업을 시작하기 전에 CAD 파일을 기다려야 한다면 촉박한 기한에 맞출 방법이 없습니다. 이제는 기다릴 필요가 없습니다. Porsche이든 Toyota이든 부품이든 이제는 직접 스캔할 수 있습니다"라고 말했습니다.

GTR 모터의 빠른 Artec Eva 스캔

그는 이어서 “Eva로 스캔한 결과를 최종적으로 나타나는 CAD 파일과 비교할 때 말입니까? 놀랍습니다! 얼마나 정확하게 일치하는지 믿지 못할 것입니다. 항상 정확히 일치합니다. 처음에는 놀랐지만 수백 개의 프로젝트를 진행하면서 이제는 그것에 익숙해졌습니다. 이제 우리는 CAD 파일을 기다리지 않습니다. 스캔한 다음 바로 작업에 착수합니다. 그것만으로도 며칠 동안 기다리는 시간을 절약할 수 있었습니다”라고 말했습니다.

Brad DeBerti의 Toyota Tacoma "The Performance Truck"을 위한 Toyota의 OEM 파일(노란색)과 정렬된 Artec Eva 스캔(파란색)

클래식 자동차를 작업하는 경우 그러한 CAD 파일은 있더라도 극히 드뭅니다. 그때가 프로젝트를 진행하는 데 3D 스캐닝이 중추적인 요소가 될 수 있는 때입니다. Heard는 “Eva로 클래식 자동차의 일부 또는 전체를 스캔할 수 있습니다. 그런 다음 훌륭한 스캔을 얻을 수 있습니다. 그리고 그것은 아주 완벽합니다”라고 설명했습니다.

그는 계속해서 “Geomagic, 3D 프린팅 또는 CNC 밀링 머신에서 스캔을 원하는 대로 변환할 수 있으며, 아니면 이런 유형의 작업을 하는 전 세계 수천 개의 작업장 중 한 곳에 온라인으로 판매할 수 있습니다. 1년에 10~20대의 자동차를 생산하는 제작 또는 조립업체인 직원이 한두 명 또는 세 명뿐인 작업장이 업계의 90%입니다"라고 그 가능성에 대해 말했습니다.

제조 공정의 일부인 공장 공차에 관해서는 조립 라인에서 직접 운전석과 차체를 3D 스캔할 때도 명확합니다. Heard는 “OEM의 CAD 파일에는 제조 공차를 고려하지 않는다는 것은 알려진 사실입니다. 공차를 고려하지 않습니다”라고 말했습니다.

그는 “미국 자동차를 작업하는 경우 1/4”의 편차가 있을 수 있으며, 이는 허용 가능 편차입니다. 예를 들어 정말 비싼 외제 자동차의 경우 편차는 1/8인치가 될 수 있습니다. Eva를 사용한 스캔은 그것보다 훨씬 더 엄격합니다. 따라서 3D 스캔과 CAD 파일 간에 차이가 있으면 이러한 공차를 고려합니다”라고 자세히 설명했습니다.

Heard는 “손으로 측정할 수 있는 것보다 하루에 더 많이 스캔할 수 있다는 점에서 Heard는 “예를 들어, 어제 오전 시간에만 전면 서스펜션에서 시작하여 360도로 신형 Raptor를 스캔했습니다. 그런 다음 5개의 다른 레이스용 좌석을 스캔하여 장착 형상에 추가했습니다. 이제 차대를 그릴 때 CAD 파일로 스캔을 가져올 수 있으므로 이러한 좌석을 완벽하게 장착할 수 있습니다"라고 강조했습니다.

전면 컨트롤 암 및 구성품을 Artec Eva로 스캔한 Can-Am X3 차대의 내부 도해

Tekk Consulting Inc Eva 사용한 3D 스캐닝을 적극적으로 수용하여 DIYoffroad.com에서 자사의 디지털 장터를 통해 온라인으로 스캔을 판매하기 시작했습니다. 이 회사는 수년 동안 전 세계 수십 개 국가에서 수백 개의 자동차 튜닝 업체 및 차대 디자인 업체로부터 연락을 받았습니다. 그리고 시장은 시간이 지남에 따라 더욱더 확장되고 있습니다.

Heard는 업계에서 그가 할 수 있는 모든 사람에게 Artec Eva를 쉬지 않고 추천했습니다. 그는 “저는 여기서 우리가 하는 일을 공유해도 괜찮습니다. 우리가 사용해온 놀라운 기술에 대한 세부 내용을 포함해서 말입니다. Eva 덕분에 우리는 많은 양의 작업이 밀려 있으며 프로젝트를 선택하고 선택할 있는 능력을 갖추고 있습니다”라고 말했습니다.

Jason Heard는 “모든 자동차 튜닝 작업장과 디자인 업체가 각자의 3D 스캐너와 3D 프린터를 보유하게 될 것입니다. 시장은 이미 이 방향으로 움직이고 있습니다. 이는 전 세계의 전문업체들이 디지털 자산을 만들고 이를 작업장에서 바로 사용하거나 온라인으로 다른 사람에게 판매하는 것을 뜻합니다"라고 말하며 장래를 상상했습니다.

Tekk Consulting의 SEMA 프로젝트 중 하나를 위한 1933년형 Ford 운전석의 Artec Eva 스캔

그는 덧붙여 “어떻게 보이는지에 대한 예시는 다음과 같습니다. 이탈리아의 어떤 사람이 Eva를 가져다가 신형 Ferrari 또는 클래식 Ferrari를 그가 원하는 부품, 펜더, 범퍼 등과 함께 스캔합니다. 몇 시간 후에 그는 모든 것을 하나의 패키지로 묶거나 맞춤화하여 넓은 동체형 키트로 바꿉니다”라고 말했습니다.

Artec Eva로 스캔한 1933년형 Ford, 모터 및 구성품의 디지털 렌더링

Tekk Consulting Inc가 수행하는 고성능 설계 작업의 또 다른 측면은 일반적으로 얇은 셸 근사법을 통해 스캔한 구성품에 대한 유한 요소 분석법(FEA)입니다. 이는 부품의 정확한 치수를 캡처한 다음 기계적 강도와 강성을 분석하거나 휘는 정도와 CAD에서 휨의 형태를 분석하는 작업을 수반합니다. 이 공정을 통해 구성품이 이전과 같거나 더 나은 성능을 발휘하도록 하면서 파괴점을 해결하기 위해 구성품을 재설계할 수 있습니다.

CAD에서 FEA 작업을 위해 준비된 Artec Eva로 스캔한 부품들

과거에는 이러한 구성품을 수작업으로 측정해야 했으며, 이는 이중 확인 및 재측정을 포함하여 종종 수 시간이 걸렸습니다.

하지만 그들은 이제 Eva를 손에 들고 이러한 부품을 몇 분 만에 정밀하게 캡처하고 있습니다. 부품은 컨트롤 암에서 스위블 이음, 롤 바, 전체 서스펜션 등에 이르기까지 다양합니다. 재측정이나 예측은 필요하지 않습니다.

FEA 를 위한 대비; Artec Eva 스캔한 2020년형 Ford Raptor 서스펜션 컨트롤 암

Heard는 “FEA가 얼마나 놀라운지는 중요하지 않습니다. 들어가는 데이터에 결함이 있으면 1인치의 몇 분의 일밖에 안 되는 경우에도 재앙을 자초하게 됩니다. 오류를 방지하고 성능을 높이기 위해 이러한 구성품을 수학적으로 구부리고 비틀 방법은 없습니다. 절대 없습니다”라고 그것이 그렇게 중요한 이유를 설명했습니다.

그는 이어서 “Eva는 이 점에 대해 우리에게 큰 변화를 가져왔습니다. 이제 여러 부품을 가져와서 점심시간 전에 스캔하겠습니다. 하루가 끝날 무렵 우리는 모든 분석을 완료하고 모든 것이 순조롭게 예정대로 진행되어 최종 설계를 마무리할 수 있습니다”라고 말했습니다.

Tekk Consulting 맞춤형 차대가 제자리에 단단히 고정된 DeBerti의 Toyota Tacoma “The Performance Truck" 내부 엿보기

Heard는 Eva가 작업에 미친 영향을 요약하기 위해 “경주용 자동차를 만들려고 할 때 과거에는 14~16시간이 걸리던 단계가 있었는데 이제는 2~3시간밖에 안 걸려 엄청난 차이가 있습니다. Artec Eva로 작업한 3D 스캐닝이 제공한 정확도와 안전각에 관해서는 언급하지 않더라도 말입니다”라고 덧붙였습니다.