挡泥板设计与对完美的追求
Bushwacker公司使用PolyWorks|Modeler 软件仅用3天完成了新产品,及时地在SEMA展上展示。
40年来, 在俄勒冈州波特兰的家族企业Bushwacker公司为汽车零件市 场生产了大量充满激情与自豪的挡泥板和卡车配件。作为制造业领袖, Bushwacker开创革新的设计和生产高质量的产品。Bushwacker公司的 设计工程师Sterling Logan说:“要做到这点, 我们需要尖端的工具支持。”
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挑战
Bushwacker一直致力于造型的研究, 而创新是他们每件产品必不可少 的部分。他们采用设计与制造的最新标准, 一丝不苟地仔细检查每个 设计的各个细节部分。对Bushwacker, 质量可以概括为三个词:匹配、 外观和造型。然而, Logan指出“质量是一个变化的目标。”OEM厂商不 断提高汽车质量在匹配和外观方面的标准, 同时车身造型线也变得越 来越复杂。而要保持在商业游戏中的竞争力, Bushwacker公司的产品 同样需要满足这些要求。
确保质量,以保持竞争力
Logan说:“我们的客户希望我们生 产的配件能够与车身的造型曲线相 融合。在汽车厂商生产的高质量曲 面下, 与车身造型线间的微小间隙 或干涉都会显而易见。所以我们不 得不提供能够完美匹配的产品。” 而要达成这个目标的关键就是3D 扫描技术。
尝试过不同的解决方案和扫描服 务后, Bushwacker采用了一套最 尖端的扫描系统, 包括一台七轴 Romer In_nite 2.0 测量臂, 一台 Perceptron ScanWorks V5 激光扫 描仪和一套InnovMetric 公司的 PolyWorks三维测量软件。有了车身 表面的精确扫描数据, BushWacker 可以更加专注于产品的设计, 并对 他们的产品能够完美匹配更有信心。 通过3D扫描技术, 简化流程和缩减 工时将不再被尺寸匹配的要求所牵制。
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正在对一辆 Jeep大切诺基 进行激光扫描, 获取其前侧围面板的 造型线和安装位置。
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“有了扫描仪和 Polyworks 软件,
从概念到原型仅需要几天时间。”
Sterling Logan, 设计工程师
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SEMA展, 雪弗兰克鲁兹 上的保险杠护板, 从概念到最终产品 仅用三天时间。
为突出三维扫描的快速响应, Logan引用了下面这个例子“有个客户在特种 设备市场协会(SEMA)展的前几天联系我们, 需要为雪弗兰克鲁兹设计 一个保险杠护板。在仅仅三天时间内, 我们完成了保险杠护板的原型制造, 并展出了全新的产品。”
Logan先生接着阐述了到底是如何能够在3 天时间里完成产品的制造。 第一天, Bushwacker对雪弗兰克鲁兹进行了扫描, 并使用PolyWorks|Modeler 处理数据, 然后导入Siemens NX。第二天, 他们进行了保险杠护板的设计并制造 一个原型模型。第三天, 对零件进行生产并空运到SEMA展会现场。Logan 强调说:“有了扫描仪和PolyWorks软件, 我们能够在仅仅几天时间内, 实现从 概念到原型的转化。要是使用我们老一套的方法, 这是永远不可能实现的。”
在早些年里, Bushwacker使用的材料是同OEM车身造型车间一样的:油泥。 设计师将油泥敷在车身上, 然后艰苦地根据设计进行雕刻。接着将结果外 形转换为木制样板, 以便车身另一侧的造型也可以用油泥复制。然后, 根据油泥模铸造石膏模型, 而这些模型就可以用来做原型热成型工具。
据Logan 所述, 这一流程需要很长时间的艰苦工作。然而, 即使这样, 他们也需要花上几个月的时间完成一个可生产的模型。Logan 说: “在第一次尝试的时候, 我们可以做的很接近, 但很少能够完美”。出于 对设计质量的追求, Bushwaker 会通过4 到5 个周期对尺寸匹配和造型 设计进行微调, 这一周期涵盖了原型模具、尺寸匹配检查、外观评价、 模型修改和重新检查。
“但现在有了激光扫描和PolyWorks软件的逆向工程功能, 我们几乎很少需要对我们的模具或零件设计进行更改。我们真正需要做的是专注于 调整赋予挡泥板造型的设计——每个设计呈现不同的外观。”
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雪弗兰克鲁兹 后保险杠 和后部门坎的 扫描数据, 用以进行保 险杠防护的设计。
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CAD图显示了 保险杠护板(灰色) 的最终设计 及其在 雪弗兰克鲁兹 上的位置。
Jeep JK: 挡泥板设计
Logan回想起过去与现在, “我们 开始这项业务的时候, 第一个挡 泥板是给老型号的Jeep CJ设计的。由于翼子板的钣金是平的, 当时 油泥和石膏流程都进行的很好。 而这完全不能够用于新型Jeep JK 的车身造型。”
对Bushwacker来说, Jeep JK是一 个挑战, 因为它的车身造型线以及 安装配置。即使是使用了3D扫描,
Bushwacker 还是花费了六个月时 间研发出专利的袖珍型挡泥板, 平坦型挡泥板和尾部防护。Logan 指出, 对于所有其他的项目, 3D 扫描技术可以将新产品从初始概 念到推出的时间平均削减1-2个月。
Jeep JK项目同时突出了3D扫描技术的另外一个优势:安装位置的获取。 为了便于安装, Bushwacher始终尝试在他们的配件上只使用工厂安装点。 对于引导了内部和外部挡泥板创新组合的袖珍型挡泥板来说, 扫描数据 可以提供相对于车身面板的安装点的准确位置。
“如果没有激光扫描,
我们根本不可能按时推出Jeep JK 的配件。”
Sterling Logan,设计工程师
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这一创新的设计和对细节的关注在Jeep JK配件上得到了回报。在SEMA, Bushwacher的平坦型挡泥板赢得了最佳新越野/ 四轮驱动产品奖的亚军, 而尾部防护摘取了最佳新外观配件产品奖的冠军。
优势
3D扫描 在Bushwacker
针对所有项目, Bushwacker 将激 光扫描关节臂、PolyWorks软件和 Siemens NX(以前的Unigraphics NX), 整合为三个步骤:扫描、 准备和设计。
在有些情况下, Bushwacker 会将 3D 扫描系统运输到目标车辆进 行扫描, 但大多数情况下, 都会 将车开到它的设施中进行作业。 在整个流程的第一步, Bushwacher 采用PolyWorks|Modeler 控制激 光扫描仪进行实时的数据采集。 Logan 说: “ 使用PolyWorks, 不需要在开始扫描前进行繁琐 的设置过程来保证通信, 只需 10-15 分钟就可以安装好并开 始扫描。”他继续补充说:“同时, 软件界面也很直观与简单易用。”
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在PolyWorks 编辑模块中 方便地进行特征曲线提取。
“据我所知, 没有比PolyWorks 更好, 更容易的了。” Sterling Logan, 设计工程师
Logan说:“我喜欢扫描的时候, 扫描模型动态地跟随我的扫描路径更新显示。 这样可以很直观地知道我扫描到哪里以及哪些需要扫描。”扫描完成后, PolyWorks比较工具, 可以查看扫描数据之间的偏差。“这就能够及时排除 偶然的人为操作错误, 比如不小心碰撞仪器。同时, 我能够及时地知道哪 些需要重新扫描。”他补充说:“最后得到的是干净、准确的数据。”
作为Siemens NX的用户, Logan还发现PolyWorks|Modeler的界面以及工具 很熟悉, 而且很相似。他利用PolyWorks软件来准备导入Siemens NX的文件, 然后在Siemens NX中进行数据操作和设计。Logan说:“我们需要强大的 建模工具按照不明显的车身造型线建立零件和设计。PolyWorks能够帮助 我们捕捉细节, 通过这些数据, 我们可以在Siemens NX中进行零件设计。 对我们来说, 这是一个完美的结合。”
为了给Siemens NX准备数据, 他使用PolyWorks 过滤掉所有的噪音数据, 然后补孔, 创建曲线并建立NURBS 曲面。Logan 说:“我可以选中一块 区域并让PolyWorks 自动创建曲线, 然后连接曲线并创建NURBS 曲面。 我发现这个流程和Siemens NX 非常相似, 很直观。就我所知, 没有比 PolyWorks更好, 更容易的了。”
在Siemens NX中, PolyWorks创建的 NURBS成为了配件设计的基线。 通过获得的车身覆盖件和安装点 信息, Bushwacker 创建配件外形。 在整个过程中, 设计师将配件和车 身都渲染成可视化形式, 并进行尺 寸匹配。
在设计原型模具和CNC 制造之前, 要对每个新零件进行“ 数字化” 设计审查。Logan说:在零件真正 生产前, PolyWorks 提供的高质量 表面数据可以让我们在CAD 软件 中详细检查零件的匹配和外观。 然而, 他们仍然需要靠物理原型进 行最后的评估。Logan说:“当你将 挡泥板安装到车身上时, 会更容易 发现问题, 有些问题在电脑屏幕上 是没法看到的。”
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在编辑模块中, 从扫描的模型到 平滑的NURBS曲面。
接下来的步骤
于是目前, Bushwacker公司更加信赖 PolyWorks 软件, 并将对PolyWorks 的应用延伸至检测。PolyWorks|Inspector 能够保证他们公司模具、 原型和首样件的高质量, 这是他们 公司享誉世界的关键。Logan 说: “PolyWorks|Inspector 的功能非常 强大, 它可以将检测带到室内, 这样就可以在任何需要的时候对 零件和模具进行快速评估。” 他最后总结说:“在当前的经济环境下, 我们必须保持先锋地位, 而PolyWorks 已经帮助我们做到了。”