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2024-02-29 【3D掃描案例】體育研發公司利用「3D掃描技術和模型分析」打造世界頂尖的競賽單車
【3D掃描案例】體育研發公司利用「3D掃描技術和模型分析」打造世界頂尖的競賽單車
之前我們分享過許多海外3D掃描相關成功案例，包含 : 幫助優化食品生產線、3D掃描後列印義肢、工業鍛造模修復...，這次又有一家自行車製造業運用掃描技術成功將他們的產品設計結晶推向世界級場地自行車錦標賽中，它們特別為「2021年東京奧運會」項目而設計，並已獲得「國際自行車聯盟（UCI）」的全面認可。
證明了若能駕馭好3D掃描技術結合產品研發洞察，帶來的商機遠超乎想像，一起來看看他們是如何將超高速WX-R單車設計成真實存在的產品!
挑戰
一家體育研發公司Vorteq需要以高分辨率3D形式將一系列專業賽車數字化捕捉，以用於創建極具空氣動力學的競賽單車。
解決方案
Artec Leo、Artec Space Spider、Artec Studio、Geomagic Wrap
結果
使用專業手持式3D掃描儀，捕捉了多輛賽車的3D模型。這些精確的3D模型具有自行車幀和組件的精確幾何形狀，運用3D數據相結合設計出一款非凡的單車。
在職業和奧運自行車的世界中，空氣阻力確實是一種阻力。但現在，通過使用最新的手持式3D掃描技術結合尖端的CFD（計算流體動力學）分析、CAD專業知識和設計思想，總部位於英國的Vorteq公司，與WX-R的工程師合作，創造了一輛能夠穿梭於空氣中的自行車，已經在自行車行業中掀起了風潮。
Vorteq WX-R 競賽單車 (Source: Courtesy of Vorteq)
數十年來，競賽自行車製造商一直致力於使他們的機械設計成為路面上首選的競賽單車，但在很大程度上，他們的設計都是基於競爭對手的設計。偶爾會使用風洞測試和CFD測試。然而，一個關鍵性的方面大多被忽略 : 速度方程式、騎手們自己、他們的自行車以及生物力學，有考量到到比競爭對手更多點面向便是贏過對手的極佳策略。
“ 什麼是CFD ? ”
一種計算流體力學，透過電腦模擬和分析流體（如氣體或液體）在不同條件下的行為。
“ 什麼是風向測試 ? ”
通過這種技術，我們可以測試自行車在不同風速和風向下的性能表現。進而幫助我們設計更加流線型和節能的自行車，從而提高騎行速度和效率。
通過多年在F1和賽車界工作中獲得的CFD專業知識，解決最棘手的工程挑戰，為客戶提供超級加速的解決方案，位於Vorteq的設計工程師，一家TotalSim公司，它將目光投向了創造世界上最快的自行車的目標。
該項目的第一階段需要以高分辨率3D形式數字化捕捉一系列專業賽車。在掃描之後，將使用這些自行車的3D模型進行尖端的CFD分析，結合最新的風洞測試和研究，包括分析自行車手（自行車所有者）自身的騎行習慣，之後，將一切整合在一起，以創建最終的空氣動力學賽車Vorteq WX-R。
Vorteq測量工程師解釋了他們是如何進行掃描的：
1.「我們掃描了一系列自行車，以獲得精確的數字模型，然後在我們的CFD系統中比較它們，看看阻力的差異是什麼，然後對3D模型進行結構調整和修改以提高性能。通過這種方式，我們能夠從多輛自行車中提取最佳並將它們合併到一個設計中。」
2. 「與此同時，在我們進行設計過程時，我們與SSEH 體育研發同業合夥，分析了這些自行車的騎手以了解他們積極產生動力的方式以及這如何影響整輛自行車。這裡獲得了大量非常寶貴的數據，這是進行自行車設計的一個砍倒競爭對手的秘密因素。」
中期開發過程中3D掃描是如何幫助的?
工程師將每個騎手的自行車放入固定夾具中，然後對曲柄區域施加不同程度的負荷，在曲柄上添加一些彎曲，以查看框架彎曲的程度。這一點一直到峰值動力產生，以再現扭矩通過踏板、曲柄、並穿過輪軸輪。然後，使用3D掃描儀在這個過程中精確捕捉自行車的框架，並從這些掃描中生成偏差圖，顯示框架的彎曲方式和位置。
3D掃描極簡化了工程師的工作流程
“將掃描檔導入後處理軟件Artec Studio，自行車掃描是很快速的，頭先簡單粗略檢查雛型確保一切看起來完善。隨後使用橡皮擦工具刪除掃描中存在的任何不需要的數據。然後使用默認設置進行全局配準，3D模型就已經非常完美。”
接下來重點將進行『銳化融合』以處理組件和剛性結構，銳化融合保留了我們需要的自行車模型的所有複雜幾何細節。再來將其導出為OBJ文件到Geomagic Wrap把3D數據文件為精美的3D模型，進行一些額外的設計步驟，然後將生成的3D模型發送到CFD系統。”
“ 什麼是銳化融合? ”
使用一種特殊的技術來把不同的3D掃描影像或模型合併在一起，然後讓它們看起來更加清晰和細節豐富。就像是把幾張相片合成一張更好的合照一樣，這樣可以讓我們更清楚地看到物體的形狀和紋理，從而更好地了解它們的樣子。
在研發階段之後，為了將他們的創意變為現實，Vorteq與英國自行車製造商Worx合作，該公司過去曾製造過自己的賽車，但沒有像Vorteq WX-R這樣的賽車。
Vorteq WX-R已經在比賽中進行比賽，並計劃參加東京奧運會。在UCI世界場地自行車錦標賽上，它的全套裝備貢獻了兩枚獎牌、3個終身最佳、2個國家記錄和一個新的亞洲記錄。
“ 在尋找一款專業手持式3D掃描儀時，必須滿足所有要求的精確度、捕獲速度且滿足設計用於以令人驚嘆的色彩捕捉中等大小物體。在我們的經驗裡一台強大的掃描器可以在15~30分鐘的時間內完全捕捉一輛專業的賽車。”