照片來自 Yoon-Sik Kim / 現(xiàn)代汽車集團(tuán)
在汽車製造商現(xiàn)代汽車集團(tuán)提供的 3D 列印握把的幫助下，韓國射箭隊在 2020 年東京奧運會上繼續(xù)保持主導(dǎo)地位。
該隊在今年的奧運會上獲得了男子、女子和混合團(tuán)體項目的金牌，自1984年以來，韓國射箭運動員獲得的獎牌總數(shù)達(dá)到103枚。現(xiàn)代集團(tuán)已為韓國射箭協(xié)會提供技術(shù)支援超過三十年，自上屆裡約奧運以來，一直在利用人工智慧 (AI)、生物辨識資訊、大數(shù)據(jù)和 3D 列印 等技術(shù)。
除了為弓箭手提供優(yōu)化的 3D 列印握把外，現(xiàn)代還使用 3D 掃描 技術(shù)對球隊的弓進(jìn)行無損檢測。
弓上安裝的 3D 列印握把因演奏者不同而存在很大差異，包括所需的形狀和材料。
透過 3D 列印和掃描優(yōu)化效能
在 2020 年東京奧運會籌備期間，現(xiàn)代汽車為韓國射箭隊提供了技術(shù)支持，為他們提供合格的弓箭並為每位運動員提供優(yōu)化的裝備。
現(xiàn)代先進(jìn)的3D CT掃描設(shè)備被用來開發(fā)一種新的無損檢測模型來分析該隊的弓。該技術(shù)透過創(chuàng)建 3D 模型影像來測量弓在反覆拉動時內(nèi)部是否有任何損壞。當(dāng)弓旋轉(zhuǎn) 360° 時，3D 掃描器會拍攝數(shù)萬張照片，以全面了解弓的性能。
現(xiàn)代汽車還對自 2016 年裡約奧運會以來一直為該隊提供的 3D 列印握把進(jìn)行了改進(jìn)。 3D 列印握把根據(jù)每位運動員的手形進(jìn)行定制，現(xiàn)在可以根據(jù)運動員的喜好提供更多種類的材質(zhì)。
以前，握把僅採用合成樹脂材料製成，而現(xiàn)在則採用耐熱樹脂製成，這種材料可以快速定制，跨國印刷公司 HP 生產(chǎn)的 PA12 材料雖然耐用，但製造時間更長。握把還採用了新開發(fā)的材料，即鋁化物、鋁和聚醯胺的組合以及實木和聚氨酯，以提供更好的抓握力。據(jù)現(xiàn)代汽車稱，弓箭手 Jin-Hyuk Oh 和 Woo-Jin Kim 對 3D 列印握把印象特別深刻。經(jīng)過多名運動員的測試，該握把被認(rèn)為具有出色的可用性，並在東京奧運會期間被射箭隊用作主要握把。
現(xiàn)代汽車集團(tuán)為每位射箭運動員提供由各種材料製成的客製化 3D 握把，並進(jìn)行最佳化。照片來源：Yoon-Sik Kim2020年東京3D列印
除了射箭之外，3D 列印設(shè)備還在今年奧運的多個不同項目中亮相。越來越多的運動員利用這項技術(shù)在空氣動力學(xué)、重量和節(jié)省時間方面獲得競爭優(yōu)勢。
3D 列印技術(shù)特別應(yīng)用於場地自行車運動。義大利國家自行車隊使用了俄羅斯手持式 3D 掃描儀開發(fā)商 Thor3D 的 Calibry 3D 掃描儀來簡化其騎手的空氣動力學(xué)設(shè)計，而運動表現(xiàn)品牌 Vorteq 則使用 Artec 3D 掃描儀為來自五個不同奧運隊的自行車運動員製作定制的空氣動力學(xué)緊身衣。
英國自行車隊還騎著由全球工程公司 Renishaw、Lotus Engineering 和 Hope Technology 設(shè)計的新型場地自行車，該自行車採用輕質(zhì) 3D 列印的最終用途零件。另外，預(yù)計幾名運動員將穿著阿迪達(dá)斯的 3D 列印優(yōu)化跑鞋 Futurecraft STRUNG，該跑鞋採用升級的 3D 列印 4DFWD 中底，並且 3D 列印握把也被安裝在多次獲得世界射擊冠軍的 Céline Goberville 的手槍上。
英國自行車協(xié)會推出的新款 Hope Lotus 場地自行車。照片來自 Hope/Lotus British Cycling。
運動性能品牌 Vorteq 與盧森堡的 3D 掃描儀製造商 Artec 3D 合作，為騎乘者打造客製化的空氣動力學(xué)騎乘服。
Vorteq 結(jié)合使用 Artec 的 Leo 3D 掃描器、風(fēng)洞和工程技術(shù)，設(shè)計出了號稱「世界上速度最快」的騎行服之一。目前，在東京奧運會上，有五名不同的運動員穿著這款緊身衣，其設(shè)計輕盈、透氣，並能顯著減少阻力。
Vorteq 計量工程師 Sam Quilter 表示：「我們的使命是幫助認(rèn)真的運動員，其中許多運動員已經(jīng)處於或接近巔峰，找到那些『微小』的進(jìn)步，當(dāng)你將它們加在一起時，就能真正為運動員帶來優(yōu)勢，幫助他們超越巔峰，最終獲得勝利?！古c我們之前的掃描儀相比，Leo 賦予了我們一個巨大的靈活性，我們幾乎可以隨身攜帶一臺“當(dāng)你需要前往一些條件並非實驗室的隨機地點時，這種自由度就顯得尤為重要。”
計量工程師 Sam Quilter 使用 Artec Leo 對騎士進(jìn)行 3D 掃描。圖片來自 Vorteq
Arctec 3D掃描
Artec 3D 連續(xù)入圍 3D 列印產(chǎn)業(yè)大獎（今年的獎項提名仍在開放）——其產(chǎn)品線包括 Eva、Space Spider、Leo 和 Ray 掃描儀，可用於各種不同用途。
Artec 的掃描儀先前曾被荷蘭皇家海軍的材料和資產(chǎn)維護(hù)公司 Marinebedrijf Koninklijke Marine 用於零件的逆向工程，並被 Triebold Paleontology 用於丹佛自然科學(xué)博物館一隻 26 英尺長的劍龍的數(shù)位化保存。該公司的掃描儀也被應(yīng)用於汽車領(lǐng)域的車輛修復(fù)，並對海豚、鯊魚和大型海龜進(jìn)行全身 3D 掃描，以創(chuàng)建客製化的追蹤標(biāo)籤，提供有關(guān)遷徙模式和海洋溫度影響的資訊。
配備 Artec Studio 軟體的 Artec Leo 3D 掃描器在銀石賽道運動工程中心顯示騎士的掃描影像。圖片來自 Vorteq。
空氣動力學(xué)3D掃描
在高性能自行車的世界裡，速度就是一切，成功與失敗往往只在幾分之一秒之間。在賽道上，自行車手每次踩踏時都要對抗風(fēng)阻和阻力，據(jù)報道，自行車手高達(dá) 90% 的能量輸出都用於克服空氣阻力，因此減少這種阻力是關(guān)鍵。
Vorteq 正在利用銀石賽道運動工程中心 (SSEH) 的運動專用風(fēng)洞和織物風(fēng)洞以及最新的 3D 掃描技術(shù)，為騎行者打造定制騎行服，以減少空氣阻力，同時又舒適、輕便、透氣。
Artec 3D 的 Artec Leo 手持式掃描器是騎乘服設(shè)計中的關(guān)鍵元素，可在不到六分鐘的時間內(nèi)以數(shù)位方式捕捉騎士的精確解剖結(jié)構(gòu)。掃描器內(nèi)建觸控屏，捕捉率為每秒 44 幀，能夠在幾分鐘內(nèi)掃描包括人在內(nèi)的中型物體。
「騎士騎著自行車進(jìn)入風(fēng)洞，將其安裝在平臺上，然後跳上去，在短短五到六分鐘內(nèi)，我就能用精確的高解析度彩色 3D 影像捕捉到騎士的兩個姿勢，」Quilter 說。 “基本上，這意味著我十分鐘內(nèi)就能完全搞定那位騎手，他們可以去別處了。我已經(jīng)準(zhǔn)備好設(shè)計一件符合人體工學(xué)、速度如子彈的 Vorteq 騎行服所需的一切了。無需重新掃描，一次也不需要。”
在製作緊身衣時，Vorteq 直接使用 Artec Leo 的掃描數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以提供運動員的精確身體數(shù)據(jù)，從而消除不準(zhǔn)確和不精確的測量。然後，掃描結(jié)果將經(jīng)過 Artec Studio 軟體的後期處理工作流程，工程師可以仔細(xì)檢查資料並消除任何罕見的錯誤或不必要的資料捕獲，例如皺紋。 「從運動員進(jìn)門開始，我們就開始用Leo掃描，然後使用Artec Studio對掃描結(jié)果進(jìn)行後期處理，接著在Geomagic Wrap中進(jìn)行3D建模，最後導(dǎo)出3D模型用於製作緊身衣，整個過程總共需要大約2個小時，這在過去是絕對不可能的，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，」Quilter繼續(xù)說道。 「就準(zhǔn)備用於比賽的緊身衣的總生產(chǎn)時間而言，目前我們需要 2 天的時間，但這個差距正在縮小，我們的目標(biāo)是 24 小時的周轉(zhuǎn)時間，我們肯定很快就能實現(xiàn)這個目標(biāo)。”
設(shè)計和製作 Vorteq 緊身衣。圖片來自 Vorteq。
利用 Artec Leo，Vorteq 還能 3D 列印出解剖學(xué)上精確的運動員人體模型，這些模型可以用來為他們製作緊身衣，而無需試穿。借助人體模型，Vorteq 可以為運動員定制一件緊身衣，在風(fēng)洞中測試多種面料和款式，並在隨後的幾個小時內(nèi)製作完成緊身衣，然後將其送到運動員的門口。目前這個過程只??需不到兩天的時間，但該公司希望將來能將其從 3D 掃描到完成的時間縮短至 24 小時。
「例如，我們可以透過全尺寸的人體模型對僅位於一隻手臂上的織物進(jìn)行風(fēng)洞測試，以了解各種織物和圖案如何影響減阻效果，」奎爾特解釋道。這就是邊際收益真正發(fā)揮作用的地方。因為在風(fēng)洞中，真人騎士會移動，即使只是輕微的移動，也會影響結(jié)果。對於真人騎士來說，你永遠(yuǎn)無法獲得與完全靜止的人體模型一樣精確的測量結(jié)果，唯一改變的因素就是所穿的布料。此前，Vorteq 僅與奧運代表隊和其他精英運動員合作，但自 2020 年初起，該公司的定制騎行服已面向各個經(jīng)驗水平的自行車手推出，幫助他們實現(xiàn)最佳表現(xiàn)。
Vorteq 人體模型組件，可供組裝和風(fēng)洞使用。照片來自 Vorteq。
3D列印如何助力奧運成績
此前，多名奧運選手已採用 3D 列印技術(shù)來製作個人化裝備，以獲得節(jié)省時間和減輕重量等好處。例如，Shelly-Ann Fraser-Pryce 的 3D 列印跑鞋在上屆裡約熱內(nèi)盧奧運會上展出，而阿迪達(dá)斯和 3D 列印機製造商 Carbon 的最新 3D 列印 4DFWD 中底目前正被今年東京奧運會上的多名運動員穿著。
此前，法國自行車聯(lián)盟已利用 3D 列印技術(shù)部署客製化車把，以提高空氣動力學(xué)效率，全球工程公司雷尼紹已與 Lotus Engineering 和 Hope Technology 合作，為英國自行車隊設(shè)計了一款新型場地自行車。最近，義大利國家自行車隊透露，在東京奧運前夕，他們使用了俄羅斯手持式 3D 掃描儀來改善自行車的空氣動力學(xué)性能。