Как разработать уникальную ходовую часть с помощью высокоточных 3D-сканов, снятых на Artec Eva

Задача: Команда специалистов, разрабатывающая ходовые части с исключительными эксплуатационными характеристиками, искала способ, который позволил бы ускорить процесс выполнения заказов, но не сказался бы ни на точности измерений, ни на безопасности автомобилей.

Решение: Artec Eva, Artec Studio, Geomagic Design X

Результаты: 3D-сканирование с помощью Artec Eva помогло ускорить процесс оцифровки автомобильных кузовов, деталей и компонентов на несколько часов и даже дней. Полученные сканы позволили разработать идеально подходящие и соответствующие требованиям заказчика ходовые части, а также проанализированные методом конечных элементов автомобильные детали для гонок и специальных проектов, включая автомобильную выставку SEMA.

Ведущие популярного телешоу на канале Discovery Channel Доуг и Брэд ДеБерти (известные как Twin Turbos) вместе с Джеком Фишером сканируют объект с помощью Artec Eva

Джейсон Хёрд может спать спокойно. Уже много лет вместе со своим партнером Джеком Фишером он создает ходовые с высокими эксплуатационными характеристиками, и ни одна из них ни разу не подвела своих владельцев.

Большинство поломок в автомобиле, особенно тех, что возникают при езде на бешеной скорости по пересеченной местности или гоночному треку (за исключением аварий), не угрожают жизни водителя.

Поломки двигателя, электрики или коробки передач редко бывают фатальными. Однако если повреждается конструкция ходовой части, то это практически всегда приводит к гибели тех, кто находится в кабине.

Именно с этим связан столь высокий спрос на ходовые с повышенной надежностью и мощностью. Если конструкция будет слишком легкой, то пострадают надежность и безопасность. Если же при изготовлении использовано больше материала или более прочные конструкции, то значительно страдает её эффективность.

Достижение оптимального баланса надежности и веса во всех создаваемых на заказ ходовых — это именно то, чем многие годы занимаются инженеры-конструкторы шасси в компании Tekk Consulting Inc из Южной Калифорнии.

Цифровая визуализация сканов Artec Eva с изготовленной на заказ ходовой от Tekk Consulting для проекта Брэда ДеБерти под названием The Performance Truck

Безупречная репутация этих ребят (а про них говорят, что они «просто сделают как надо») означает, что клиенты бронируют время для своих проектов за несколько месяцев вперед, что гарантирует постоянный поток заказов как от частных клиентов, так и от тяжеловесов отрасли, включая несколько крупнейших изготовителей комплектного оборудования.

Однако так было не всегда. В 2018 году, когда за спиной у конструкторов из Tekk Consulting Inc было десять лет успешной работы над проектированием ходовых, они столкнулись с серьезной проблемой. Несмотря на то, что с технической точки зрения их работа была неоспоримо безупречной, специалисты трудились в условиях постоянного аврала: им нужно было вовремя заканчивать многочисленные проекты и при этом сохранять высокие стандарты качества, которые и принесли им такую популярность.

Цифровая визуализация частей Ford Bronco 1990 года, отсканированных с помощью Artec Eva

В тот момент они уже не могли брать новых клиентов, а значит, теряли конкурентоспособность на стремительно растущем рынке разработки ходовых, поскольку просто не были способны наращивать объемы новых проектов.

Итак, Джейсон и Джек взяли паузу и внимательно проанализировали весь процесс разработки от А до Я. Они стали искать способы, которые могли бы ускорить работу над проектами, но при этом ничуть не повлияли бы на качество. Первое, на что они обратили внимание, — это способ измерения кузова, частей и компонентов автомобиля.

Чтобы гарантировать бесспорную точность размеров, друзья пользовались традиционными инструментами: штангенциркулем, рулеткой и линейкой. Однако такой подход был невероятно долгим и отнимал у каждого проекта по несколько часов и даже дней.

Когда партнеры стали искать способы решения в онлайн-статьях, они узнали, что некоторые специалисты, занимающиеся тюнингом и продажей автомобилей, применяют 3D-сканирование, которое может заменить ручное измерение объектов. Они прочитали, что такой способ позволяет сэкономить немало времени. Статья за статьей, и вот они уже попали на веб-сайт Artec 3D.

Здесь их внимание привлекла модель Artec Eva. Этот легкий портативный 3D-сканер снимает миллионы точек в секунду и за считаные минуты создает высокоточные 3D-модели автомобильных деталей и множества других объектов. Они тут же позвонили местному дилеру Artec и записались на презентацию.

Вот что говорит о той встрече Хёрд: «Это было невероятно. Уже в первые 15 минут презентации мы поняли, что нашли идеальное решение. Мы сразу же купили сканер. Никакого обучения нам не требовалось — пользоваться этим устройством очень легко. Мы даже ни разу не заглянули в инструкцию. Просто купили сканер и оставшуюся часть дня снимали в 3D всё, что было в мастерской. К концу вечера мы уже отточили до мелочей весь рабочий процесс».

Джек Фишер сканирует с помощью Artec Eva заднюю часть принадлежащего Брэду ДеБерти автомобиля Ford F450 для выставки SEMA Ford 2019 года

С того дня инженеры Tekk Consulting Inc ни на день не расстаются с Artec Eva. С его помощью они работают над сотнями проектов: @ThePerformanceTruck Брэда ДеБерти, контрактами от 10 крупнейших автопроизводителей, множеством частных заказов на тюнинг классических автомобилей, маслкаров и моделей для выставки SEMA.

Хёрд поясняет: «Спросите любого, кто хоть немного разбирается на этом бизнесе, и он непременно скажет, что репутация — это наш хлеб. Малейшие огрехи, и можно смело завязывать с этой работой и прощаться со всеми клиентами. Здесь нельзя халтурить, поскольку безопасность — наше всё. Никогда не взваливайте на себя больше, чем можете сделать».

Он продолжает: «Artec Eva позволяет нам делать больше и лучше, чем мы когда-либо могли. Мы совершенно не жертвуем точностью и безопасностью. По сути, теперь мы можем быстро и точно оцифровать любые — даже самые сложные — конструкции кузова или геометрии деталей».

Джейсон Хёрд сканирует внутреннюю часть кабины Toyota Tacoma 2020 года с помощью Artec Eva для проекта ДеБерти The Performance Truck

Хёрд описывает процесс работы с использованием сканера Eva:

«Для оцифровки частей и компонентов я изготовил небольшой поворотный столик, на котором сканирую детали. Если они блестящие, то наношу немного детского талька или матирующего спрея. Такое покрытие увеличивает размер поверхности всего на 1/5000 дюйма, поэтому ничуть не ухудшает качество скана».

Он продолжает: «Затем я просто сканирую деталь: прохожу каждую сторону по два раза, чтобы точно ничего не пропустить. После этого перехожу к обработанным деталям компонента. Чтобы, например, узнать точное расстояние между отверстиями для болтов, а также самими отверстиями, я просто рисую их в Geomagic Design X после измерения микрометром. Это очень легко и быстро».

«Когда мы сканируем кузова и кабины, — поясняет Хёрд, — мы обычно снимаем всю поверхность одним большим сканом, который позволяет получить общую картину. После этого мы снова возвращаемся к съёмке, чтобы подробнее отсканировать ту или иную деталь. Затем инструментом Сборка совмещаем эти кадры со сканом, полученным в процессе первой оцифровки, и обрабатываем их в Artec Studio».

Скриншот программы Artec Studio в процессе съемки сканером Artec Eva для проекта ДеБерти The Performance Truck

Так он описывает весь процесс работы в Artec Studio: «Я пользуюсь инструментом Ластик, который позволяет мне легко стирать всё ненужное: основание поворотного столика, подставки и т. п. В зависимости от того, сколько времени у меня есть, иногда я использую автосборку или же собираю сканы вручную, после чего перехожу к Глобальной регистрации».

«Однако я не пользуюсь этой функцией при оцифровке больших кабин и конструкций. Вместо этого я запускаю Четкую склейку, которая превосходно объединяет все части объекта — это именно то, что мне нужно».

После этого инженеры экспортируют сканы в Design X/SOLIDWORKS 2020, где начинают разрабатывать ходовую часть.

3D-скан редуктора Ford 9” в среде САПР (для точного проектирования сборной балки заднего моста), снятый с помощью Artec Eva

Сканер Eva позволил специалистам Tekk Consulting Inc увеличить пространство внутри грузовика (@ThePerformanceTruck) там, «где трубы ходовой максимально близко расположены к кузову автомобиля». Это также позволило увеличить площадь кабины, чтобы голова водителя находилась на достаточном расстоянии от самой ходовой. По словам Хёрда, с точки зрения безопасности, это настоящий прорыв.

В случае, если автомобиль или грузовик перевернется, достаточное расстояние между водителем и шасси может спасти человеку жизнь. С помощью Eva удалось максимально увеличить это пространство. «Для нас это огромнейший плюс. Это непосредственный результат того, как совершенный скан кузова автомобиля или грузовика позволяет изготовить ходовую, которая идеально подходит этому транспортному средству».

Ходовая, подвеска и компоненты двухместного мотовездехода Can Am X3, отсканированные с помощью Artec Eva

Каждый специалист, занимающийся тюнингом автомобилей, которому хоть раз приходилось работать с фалами САПР от производителя комплектного оборудования, знает, как порой утомительно ждать эти файлы. Еще хуже, если сроки выполнения заказа выходят, клиенты звонят каждый день, а ты ничего не можешь сделать. В таких ситуациях терпение иссякает крайне быстро.

Как говорит Хёрд, «Если бы нам каждый раз перед началом работы приходилось ждать файлы САПР, мы бы ни один проект не смогли выполнить в срок. Ни один. Теперь нам не нужно ждать. Мы сканируем всё сами: будь то Porsche, Toyota или куча автомобильных деталей — что угодно».

Быстрый скан двигателя GTR, полученный с помощью Artec Eva

Он продолжает: «И когда мы сравниваем наши сканы с Eva с файлами САПР, которые периодически к нам попадают, то всегда поражаемся. Не поверите, но они совпадают практически один в один. Каждый раз. Поначалу мы удивлялись, но после сотен проектов уже привыкли. Теперь мы больше не ждем файлы САПР. Мы просто сканируем и приступаем к работе. Одно только отсутствие ожидания позволило нам сократить рабочий процесс на несколько дней».

Скан с Artec Eva (синий), совмещенный с файлом, полученным от производителя Toyota (желтый), для Toyota Tacoma Брэда ДеБерти из проекта The Performance Truck

Что касается работы с классическими автомобилями, такие файлы САПР вообще крайне редко существуют. Именно в таких случаях 3D-сканирование может оказаться практически единственным способом продолжить работу над проектом. Хёрд объясняет: «С помощью Eva я могу сканировать части и целые кузова классических автомобилей. Такие сканы будут принадлежать только мне, и они будут абсолютно точными».

Он продолжает рассуждать о возможностях: «Я могу изменить их в Geomagic, отпечатать на 3D-принтере или изготовить на фрезерном CNC-станке. Или даже продать их тысячам инженеров во всем мире, которые занимаются подобными проектами. Наша отрасль на 90% состоит из мастерских, где работает один, два или три конструктора, которые в год тюнингуют не более 10‒20 автомобилей».

Что касается допустимых отклонений от стандартных размеров на производстве, то они становятся очевидны, когда проводишь 3D-съемку кабин и кузовов, которые только сошли с линии сборки. По словам Хёрда, «Известно, что файлы САПР от производителей комплектного оборудования не учитывают допустимые заводские отклонения. Совсем не учитывают».

Он поясняет: «Если работаешь с американским автомобилем, то отклонение может достигать ¼ дюйма, и это будет допустимо. На действительно дорогих импортных автомобилях погрешность может составлять 1/8 дюйма. Наши сканы, полученные с помощью Eva, имеют значительно меньшее отклонение. Поэтому когда мы видим различия между 3D-сканами и файлами САПР, то мы имеем это в виду».

Нельзя не отметить и тот факт, что в течение дня сканером можно отснять столько, сколько невозможно было бы измерить вручную. Хёрд приводит пример: «Буквально вчера утром я отсканировал переднюю подвеску совершенного нового пикапа Raptor со всех сторон, абсолютно всё. Затем оцифровал пять разных сидений для гоночных автомобилей и добавил геометрию крепления. Теперь, когда мы будем создавать ходовую, эти сканы можно будет перенести в любой файл САПР, чтобы сиденья идеально встали на свое место».

Разрез ходовой части Can Am X3 со сканами рычагов передней подвески и компонентов, сделанных с помощью Artec Eva

Tekk Consulting Inc стали так воодушевленно сканировать всё с помощью Eva, что даже начали продавать свои сканы онлайн через цифровую площадку на DIYoffroad.com. За последние годы с ними связались сотни мастеров по тюнингу и конструкторов шасси из десятков стран мира. И со временем этот рынок станет только больше.

Хёрд постоянно рекомендует Artec Eva всем своим коллегам. По его словам, «Я с удовольствием делюсь всем, что делаю, включая подробности о том замечательном оборудовании, которое использую. Огромное спасибо нашему сканеру Eva! Именно благодаря ему мы занимаем свое место на рынке, имеем большое количество заказов на многие месяцы вперед, а также возможность выбирать те проекты, которые больше нравятся».

Джейсон Хёрд считает, что скоро наступит время, «когда каждая автомастерская и каждый автоконструктор будут иметь собственный 3D-сканер и 3D-принтер. Рынок активно развивается в этом направлении. Это значит, что специалисты во всем мире смогут создавать цифровые копии и сразу же использовать их в своих мастерских или же продавать коллегам через онлайн-площадки».

Скан кабины ’33 Ford, полученный с помощью Artec Eva, для одного из проектов Tekk Consulting для выставки SEMA

Он приводит пример того, как это всё может выглядеть: «Допустим, автомеханик в Италии берет сканер Eva и оцифровывает совершенно новый или классический Ferrari, а также все детали, которые ему нужны: запчасти, крылья, бампера и т. д. Через несколько часов он из всего этого создает уникальную комплектацию или же вносит изменения и получает модель с увеличенной шириной кузова».

Цифровое изображение двигателя и компонентов ’33 Ford, отсканированных с помощью Artec Eva

Еще одним направлением работы Tekk Consulting Inc стал анализ отсканированных компонентов методом конечных элементов (МКЭ), который обычно осуществляется путем оценки тонких оболочек. Этот процесс предусматривает получение точных размеров детали и дальнейший анализ ее механической прочности и жесткости, или того, насколько она может согнуться, и как это отклонение выглядит в среде САПР. Такой анализ позволяет инженерам менять конструкцию слабых мест компонента, но при этом гарантировать, что он будет выполнять свои функции так же, или даже лучше, чем раньше.

Отсканированные с помощью Artec Eva детали, готовые к МКЭ-анализу в САПР

Раньше для этого требовалось измерять компоненты вручную, на что зачастую уходило по много часов, включая время на повторное измерение и повторную проверку.

Но теперь с помощью сканера Eva конструкторы получают точные размеры деталей за считаные минуты. Они оцифровывают рычаги управления и шаровые опоры, трубчатые каркасы и целые подвески — одним словом, всё необходимое. При этом не приходится измерять повторно и сомневаться в правильности данных.

Готов к МКЭ-анализу: сканы рычагов управления подвеской вездехода Ford Raptor 2020 года, полученные с помощью Artec Eva

Хёрд объясняет, почему это всё так важно: «Как бы великолепно вы ни провели МКЭ-анализ, он будет бесполезным, если используемые данные будут неточными. Отклонения даже на долю единицы могут привести к полному краху всего анализа. Вы не сможете точно согнуть или повернуть эти компоненты в математической среде, чтобы предотвратить повреждения и повысить эффективность. Это будет просто невозможно».

Он продолжает: «Сканер Eva значительно облегчил нам жизнь. Теперь я беру кучу деталей и оцифровываю их перед уходом на обед. К концу дня мы получаем готовый анализ, а остальные этапы работы над проектом гладко проходят по заданному графику».

Кабина Toyota Tacoma ДеБерти из проекта The Performance Truck. Изготовленная компанией Tekk Consulting ходовая надежно установлена на свое место

Подводя итог тому, как сканер Eva повлиял на всю работу компании, Хёрд добавляет: «Представьте, что вы пытаетесь построить гоночный болид, и один из этапов работы отнимает у вас целых 14‒16 часов. И тут появляется решение, которое сокращает этот этап до каких-то 2‒3 часов. Для нас это огромная помощь. Я не говорю уже о безупречной точности и надежности всех 3D-сканов, которые мы получаем с помощью Artec Eva».