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精選評測

2021/04/19 NavVis的最新解說!3D列印的可穿戴式掃描器的快速成型技術

NavVis VLX不是一般的室內掃描器,它是目前最精確的可穿戴式測繪設備,採用同時定位與地圖構建技術(SLAM),其速度快、精度高、結構緊湊,使操作人員能夠高效地採集室內數據,以便在AEC行業和其他地方實現可視化。

Nils Christensen以3D列印了許多肩墊,以確保NavVis VLX的舒適性

開發這種革命性的硬體工作,落在了NavVis工業設計師Sarah Godoj和Nils Christensen身上,為了完成這項艱巨的任務,他們利用快速成型設計來測試和完善設計。結果如何呢?其設備精度、可及性和人體工程學已通過Ultimaker 3D列印機驗證,證明均可達至理想的平衡。

Nils表示,這是他們團隊在工程上的一項壯舉。

對於Sarah Godoj來說,3D列印的快速開發周期是按時推出NavVis VLX的關鍵

感應器為先

NavVis公司總部位於德國慕尼黑,專門開發可實現室內空間精確測繪的新一代技術,考慮到可穿戴式NavVis VLX系統的精度必須與一般解決方案競爭,因此掃描儀的感應器定位將是設計人員的首要任務。經過多次疊代,該團隊最終確定了一種將2個多層LiDAR感應器與4個高解析度攝像頭結合在一起的創新設計,可共同測量和繪製室內空間的360度視圖,而安裝在操作員頭頂的理想距離處,可使操作員遠離視野,同時讓用戶看清楚環境中的所有事物。

隨著Ultimaker的日夜運轉,設計師通過將PVC管連接到精確的3D列印角件上,迅速驗證了設計

在決定了基本概念後不久,設計師們還想讓NavVis VLX與其他可穿戴式的掃描器作出區分,以不需要在用戶背上佩戴任何東西為主要設計,避免用戶在狹小的空間中轉身時,有可能碰撞到空間裡的其他物品。Sarah解釋,他們使用了木材和紙板等替代品,在接近最終設計時,他們沒考慮別的選擇,因為沒有比3D列印更好的替代品。

一切盡在掌握中
該如何保持每個用戶的互動?這成了一個獨特的複雜挑戰。機器的觸摸屏尤其需要大量的疊代,而它必須在視野範圍內,另外還須允許用戶看到地面,以此避免危險。因為要找到最佳的顯示角度和定位,其中變數太多,所以團隊再次轉向3D列印,以更精確的細節來驗證他們的想法。將PVC管道與3D列印角度連接在一起,可讓他們盡快測試配置。PVC管道可以輕鬆切割成任何長度,只留下需要3D列印的連接角即可。

Nils表示,他們希望有精確的角度來證明
CAD是快速成型與精度的完美結合。而通過這項技術,該團隊還熟悉了他們內部Ultimaker 3D列印機的尺寸精度,雖然所有的3D列印都會隨著材料的冷卻而出現少量的收縮,但他們通過列印多個連接器,以每個版本之間相差0.1毫米來解決收縮問題。

設計師使用Ultimaker Cura設置,在完善CAD設計的同時,也增加了列印品的細節

專為任何人體打造最適合的設計
Sarah解釋,創造一個適合人體的裝置會帶來很多挑戰,但通過3D列印,他們可進行大量的疊代,以達到合適的尺寸和重量。該團隊的目標是創造一種符合人體工程學的體驗,讓用戶感覺自己胸前背著一個背包。他們把裝滿水的瓶子裝在粗糙的木頭上,並3D列印出這樣的形狀來模擬這種重量,如果有任何的測試讓用戶感覺不舒服,團隊就會作出調整。

這對肩墊而言尤其必要,而為了找到最佳設計,團隊調整了
Ultimaker Cura中的設置,以創建快速的「草稿」列印,然後再進行詳細的列印,這種方法確保了墊子對任何人都是舒適的,也不會出現NavVis VLX滑動的情況。

可穿戴掃描器提出了許多人體工程學的設計挑戰,3D列印成為他們的首選成型設計技術

另一個符合人體工程學的挑戰,是如何將設備安全地存放在一個運輸箱中,再讓用戶攜帶並在現場快速安裝。為此,需要設計一種摺疊機制,而NavVis VLX應該怎麼安全摺疊,以達到最小的體積?

同樣,工業設計師使用3D列印來驗證CAD模型,他們在手臂上留有孔洞,並用插入3D列印的長螺絲釘暫時固定。


疫情期間的快速成型設計
為了創建這些快速疊代,團隊依賴
Ultimaker 2+Ultimaker S5的主力輸出。得益於列印機的可靠性,Sarah和Nils開發了24小時的疊代節奏,使他們能夠盡快測試新想法。

當然,當COVID-19迫使大多數的設計師在家工作時,他們的工作流程不得不作出改變,因此,他們依賴Ultimaker S5和
Ultimaker Digital Factory的遠端3D列印功能。

儘管有COVID-19的限制,但對Ultimaker S5的遠端列印和監控而言,快速成型設計可以不受干擾地持續進行

只需吩咐辦公室的人員取出列印件,然後按「確認」鍵即可——這就是他們得以安全地監控印刷作業的程序。為了避免在列印途中需要添加新的線材,他們還設置了第二個攝像頭來監控線軸,如此就能不受疫情的限制,繼續進行疊代。Nils表示,他們一直認為3D列印機有點複雜,但Ultimaker是一個易於使用的解決方案,它總是在提點作業的下一步或正在進行的列印程序。這種易用性,讓由15名設計師和機械工程師組成的團隊,每個人都在對零件進行3D列印切割,因此沒有人會害怕接觸Ultimakers。

持續改進
由於NavVis是按訂單來製造掃描器,所以設計團隊不斷利用3D列印技術來對產品進行疊代和改進。在80%的情況下,他們首先使用3D列印,通過機械進行每一個開發步驟,如此一來,就不需要使用準備時間長達5周的金屬塊製作零件了,可見這是相當節省成本的。

Nils和Sarah繼續改進他們的3D列印工藝,得益於Ultimaker的
開放式線材系統,他們更頻繁地使用可回收材料來進行列印,為NavVis的可持續發展目標作出了貢獻。
通過這種方式,他們正在幫助NavVis建立一個更美好的世界,以及更良好的室內掃描器。


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