カスタマイズされた自動車のシャシーの高精度3Dスキャン、ポイントを貼り付ける必要がなく、心配する必要もなく、複雑な構造でも処理できます

出典: Artec 3D

ケース概要

課題: 大手の高性能シャーシ設計会社は、精度や安全性を犠牲にすることなく、日々のプロジェクトプロセスを大幅にスピードアップする新しいアプローチを必要としていました。ソリューション: Artec Eva、Artec Studio、Geomagic Design X
結果: Artec Eva を使用して車体と部品を 3D スキャンし、デジタルでキャプチャすることで、米国の SEMA ショーなどのレースや特別プロジェクトにぴったり合うカスタムシャーシと FEA 強化自動車部品を設計し、数時間から数日の作業を節約しました。

△ディスカバリーチャンネルのヒット番組「ツイン・ターボ」のダグ＆ブラッド・デベルティとジャック・フィッシャーがArtec Evaを使ってスキャン
ジェイソン・ハード氏とパートナーのジャック・フィッシャー氏は、これまで何年にもわたり、何百台もの高性能シャーシを問題なく製造してきましたが、睡眠時間を犠牲にしたくありませんでした。

特に野外やサーキット走行中に自動車で発生する可能性のある故障の種類については、重大な自動車事故を除き、一般的な故障は運転者の生命を脅かすものではありません。シリンダーの爆発、電気系統の故障、トランスミッションの損傷など、どのような事故であっても、致命的となることはめったにありません。しかし、シャーシの故障は基本的に非常に深刻です。

そのため、現代の高性能シャーシ設計の分野はますます熱を帯びてきています。シャーシが軽すぎるように設計されると、強度と安全性が不十分になります。しかし、より多くの、より強力な材料を使用すると、シャーシの性能は必然的に低下します。南カリフォルニアの Tekk Consulting Inc. のシャーシ設計者は、長年にわたり、製造するすべてのカスタムシャーシの強度と重量の比率を最適にするために努力してきました。

△Tekk Consulting は、Artec Eva を使用して、Brad DeBerti の「The Performance Truck」ショーのデジタルレンダリングを作成しています。業界では、同社は「物事を成し遂げる人々」として知られています。クライアントは数か月前に予約する必要があります。同社は、個人クライアントや、大手 OEM を含む業界最大手企業にサービスを提供し続けています。

しかし、物事はいつもこのように順調だったわけではありません。 Tekk Consulting Inc は 10 年以上シャーシ設計に携わってきましたが、2018 年にボトルネックが発生しました。技術的な面では申し分ありませんが、プロジェクトを一貫して高い水準で納品するために、常に時間と競争しています。

△Artec Eva でスキャンした 1990 年型フォードブロンコの部品のデジタルレンダリング。当時、同社は新規顧客へのサービス提供を許可されなくなり、大規模なプロジェクトを引き受けることができなくなり、競争の激しいシャーシ設計業界で目立つことができなくなりました。

そこで、ジェイソンとジャックはプロセスを最初から最後まで完全に考え直しました。彼らは、品質を犠牲にすることなく、より高速かつコンパクトになる新しい方法を模索し始めました。彼らが最初に検討した問題は、車体と部品をどのように測定するかということでした。ノギス、巻尺、定規は、値の正確性を確保するために以前使用されていた伝統的な測定方法でした。しかし、このプロセスは非常に時間がかかり、プロジェクトによっては数時間から数日かかる場合があります。

インターネットで検索したところ、一部の自動車カスタマイズメーカーは手動測定法ではなく、3Dスキャンを使用していることがわかりました。あらゆるプロジェクトで時間を節約します。いろいろ探した結果、彼らは Artec 3D の Web サイトを見つけました。

Artec Evaはすぐに彼らを魅了しました。 Eva は、1 秒あたり数百万のポイントをキャプチャし、わずか数分で自動車部品やその他のオブジェクトの非常に正確な 3D モデルを作成する軽量のハンドヘルド 3D スキャナーです。そこで彼らは地元の Artec 販売店に電話し、直接デモンストレーションを予約しました。ハード氏はこう語っています。「私たちはそれを実現しました。デモ開始から 15 分で、問題を解決できたとわかりました。すぐに支払いをしました。トレーニングは不要で、使い方も簡単でした。説明書を読む必要さえありませんでした。午後は工場の現場でスキャンを行い、その日の終わりには新しいプロセスをマスターしていました。」

△ジャック・フィッシャーは、2019年のフォードSEMAショーで展示されたブラッド・デベルティのフォードF450の背面をArtec Evaでスキャンしました。それ以来、Tekk Consulting IncはArtec Evaと日々切っても切れない関係にあり、ブラッド・デベルティの「The Performance Truck」を含む数百のプロジェクトを完了し、さまざまなシャーシ、マッスルカー、さまざまなSEMAプロジェクトなど、トップ10の自動車メーカーにサービスを提供しています。

「業界の誰に聞いても、評判がすべてだと言うでしょう」とハード氏は説明した。「何か問題が起きたら、どんな理由であれ、この業界から撤退するのが一番です。ですから、この業界に近道はありません。まずは安全第一で、妥協してはいけません」

彼は続けます。「Artec Eva により、より多くのことをより良く行うことができます。同時に、精度や安全性を犠牲にすることはありません。実際、どんなに複雑な自動車の構造やコンポーネントの形状でも、デジタルでキャプチャできます。迅速かつ正確に。」

ジェイソン・ハードは、デベルティのパフォーマンストラックプロジェクトのために、Artec Evaを使用して2020年型トヨタタコマの内部をスキャンしました。
ハード氏はエヴァのスキャンプロセスについて次のように説明する。

「パーツの場合は、まず回転テーブルを作り、その上にパーツを置きます。パーツが光沢のある場合は、ベビーパウダーなどのマットスプレーを少し使用します。これによりコーティングの厚さが約 1/5000 増加するだけなので、スキャン品質には影響しません。」

彼は続けます。「次に、部品を片側 2 回、反対側 2 回スキャンして、何も見逃していないことを確認します。機械部品の場合、ボルト穴間の正確な距離や穴自体のサイズなどは、マイクロメーターで測定してから、Geomagic Design X で描画します。これは迅速かつ簡単です。」

「車体とキャブをスキャンする場合、通常は全体的な『ジオメトリキャプチャ』から始めます。つまり、まず全体の構造をキャプチャします。次に、各部分を個別にスキャンします。次に、これらのスキャンを最初のスキャンと位置合わせします。その後、スキャンを Artec Studio で処理します。」とハード氏は言います。

△ Artec Studio が DeBerti の「The Performance Truck」プロジェクト用に Artec Eva スキャンを処理しているスクリーンショット。彼は Artec Studio での処理プロセスを次のように説明しました。「消しゴムを使用すると、不要な部分を簡単に消すことができます。たとえば、ターンテーブルの底や小道具などです。時間がない場合は自動位置合わせを使用し、そうでない場合は手動で行います。すべてが位置合わせされたら、グローバル登録などの操作を行います。」

「しかし、大きなキャブや構造物の場合は、グローバル登録は行わず、シャープフュージョンだけを行います。それがすべてのデータをつなぎ合わせる方法であり、非常にうまく機能するからです。」

次に、スキャンを Design X/SOLIDWORKS 2020 にエクスポートしてシャーシを描画しました。

△ Artec Eva 3Dスキャンに基づいて作成されたフォードの9インチサードメンバーアセンブリ（リアフードを正確に作成するために使用）のCAD図面
エヴァは、Tekk Consulting Inc. (@ThePerformanceTruck) による、最も広い車内空間を持つトラックの設計に協力しました。このトラックでは、「シャーシの丸いチューブがトラックのシェルにぴったり収まる」ため、運転席のスペースが広くなり、運転手の頭がシャーシからさらに離れるようになります。安全の観点から、ハード氏の言葉を借りれば「それは極めて重要だ」。

残念ながら横転してしまった場合は、ドライバーとシャーシ間の距離をできるだけ広げるしかありません。 Evaを使用すると、この距離を最大化できます。「それが私たちにとってのハイライトでした。車体の完璧なスキャンができたら、手袋のようにぴったりフィットするシャーシを直接設計することができました。」

△ Artec Eva を使用してスキャンされた 2 人乗り Can Am X3 シャーシ、サスペンションシステム、およびコンポーネントすべての自動車カスタマイズ担当者は、元の機器メーカーに CAD ファイルを要求したときに、長くイライラする待ち時間を経験したことがあるはずです。さらに悪いことに、プロジェクトの期限が迫っていて、顧客から毎日電話がかかってくると、忍耐力が尽きてしまいます。

「最初に CAD を入手しなければならなかったら、納期に間に合わなかったでしょう。絶対に無理です」とハード氏は言う。「今は待つ必要はありません。ポルシェでもトヨタでも部品でも、自分たちでスキャンすればいいのです。」

△ あっという間に完成したGTRエンジンのArtec Evaスキャン。彼は続けてこう語りました。「待望のCADファイルを入手し、Evaスキャンと比較したところ、なんと、例外なくまったく同じでした。最初は驚きましたが、何百ものプロジェクトを経て、慣れてきました。今ではCADファイルを待つことはありません。直接スキャンして設計を開始します。このステップだけで数日の節約になります。」

パフォーマンストラックプロジェクトの Brad DeBerti Toyota Tacoma。Artec Eva スキャン (青) と Toyota OEM データ (黄色) は完全に一致しています。シャーシ設計に関しては、これほど完璧な CAD データを持つことはまれです。したがって、3D スキャンはプロジェクトの進行を促進する上で重要なリンクになります。「Eva を使えば、シャーシの一部または全体をスキャンできます。スキャンしたデータはそのまま残ります。完璧です」とハード氏は説明します。

この技術がもたらす可能性について、彼は次のように付け加えました。「Geomagic を使えば、どんなものでも変形して 3D プリントし、CNC 加工して、世界中の仲間にオンラインで販売できます。こうしたショップには職人が 1 ～ 3 人しかおらず、年間 10 ～ 20 台の自動車を製造しています。業界の商人の 90% はオンラインです。」

製造工程における許容誤差の問題に関しては、生産ライン上でキャブとボディを直接 3D スキャンすることで、許容誤差を明確に確認できます。「OEM CAD ファイルでは製造公差が考慮されていないことはよく知られています」とハード氏は言います。「そのようなことはまったく考慮されていません。」

「アメリカ車であれば、おそらく1/4インチの誤差はあるだろうが、それは許容範囲内だ」と彼は説明した。非常に高価な輸入車であれば、1/8インチになるかもしれません。Evaのスキャンはそれよりもさらに厳密です。そのため、3DスキャンとCADファイルの違いを確認するときは、許容範囲を考慮します。」

ハード氏は、1 日で複数のオブジェクトをスキャンできるが、これは手動測定では不可能だと説明する。「たとえば、昨日の朝、新型フォードラプターのフロントサスペンションを 360 度スキャンしましたが、細部を 1 つも見逃すことはありません。次に、5 つのシートとブラケットの形状をスキャンしました。シャーシを描くときに、これらのスキャンをいつでも CAD ファイルにインポートでき、シートが完璧にフィットします。」

△Artec Evaスキャンを使用してフロントコントロールアームとコンポーネントを作成したCan Am X3シャーシの断面
Tekk Consulting Inc は Eva 3D スキャンを非常に好意的に受け止め、DIYoffroad.com のデジタルマーケットプレイスで自社のスキャンをオンライン販売し始めました。長年にわたり、数十か国から何百人もの自動車カスタマイザーやシャーシ設計者から連絡がありました。彼らの市場は成長しています。

Heard 氏は、Artec Eva を業界の専門家に何度も推奨してきました。彼は次のように語っています。「皆さんと共有できることをとても嬉しく思います。私たちが使用しているテクノロジーを含め、本当に素晴らしいものです。私たちを今日の地位に導き、多数の注文を受けるのを助け、私たちが満足できるプロジェクトを選択できるようにしてくれたエヴァに心から感謝しています。」

ジェイソン・ハード氏は将来についてこう語る。「すべての自動車店、すべてのデザイナーが独自の 3D スキャナーと 3D プリンターを持つようになるでしょう。この傾向はすでに市場で起こっています。つまり、世界中の専門家がデジタル作品を寄稿し、自分の店で使用したり、オンラインで販売したりするようになるということです。」

△Artec Evaは、Tekk ConsultingによるSEMAショープロジェクトのために33台のフォードキャブをスキャンしました。彼はさらに説明しました。「一例を挙げましょう。イタリア人がEvaを使用して新しいフェラーリと、必要なフェンダー、バンパーなどの部品をスキャンしました。数時間後、彼はデータをパッケージ化するか、ワイドボディキットを作成するためのカスタムデザインを作成しました。」

△33 Artec Evaでスキャンしたフォードのエンジンとコンポーネントのデジタルレンダリング
Tekk Consulting Inc の高性能設計作業のもう 1 つの部分は、薄シェル近似を使用してスキャンされた部品の有限要素解析 (FEA) を実行することです。これには、部品の正確な寸法を取得し、機械的強度と剛性、曲げ、CAD からの偏差を分析する必要があります。このプロセスにより、コンポーネントのパフォーマンスを同じまま、または向上させながら、コンポーネントを再設計して障害を解決することができます。

△Artec Eva でスキャンした部品は、CAD による FEA 解析を行う前に、数時間かけて手動で測定し、確認して再測定する必要があります。

しかし今では、Eva を使えば、これらの部分をわずか数分で正確にキャプチャできます。コントロールアームからスイベルジョイント、ロールバーからサスペンションシステム全体まで。再測定や再見積りは必要ありません。

△FEA近日公開：2020年型フォードラプターのサスペンションシステムとコントロールアームの Artec Eva スキャン
ハード氏は FEA の重要性について次のように説明しました。「FEA がどれだけ優れていても、データが少しでも間違っていれば大惨事になります。人間がそれらの部品を正確に曲げたり回転させたりしてエラーを回避し、パフォーマンスを向上させることは不可能です。不可能なのです。」彼はさらに、「しかし、Eva はこの問題を解決しました。今では、昼食前に大量の部品をスキャンできます。その日のうちに分析を完了することもできますし、最終設計が完了するまですべてのステップが計画どおりに行われます。」と続けました。

△ Tekk Consultingによるカスタムシャーシを備えたDeBerti Toyota Tacoma「The Performance Truck」を垣間見る
ハード氏は、エヴァが彼に与えた影響について次のように総括しました。「以前は、スポーツカーの製造には 1 つのステップに 14 ～ 16 時間かかっていましたが、今では 2 ～ 3 時間で完了します。この違いは非常に大きく、Artec Eva の 3D スキャンにより精度と車両の安全性も向上しました。」

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