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环法自行车赛上亮眼的3D打印战衣

潇纵
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  自从2016年7月2日第103届环法自行车公开赛在法国圣米歇尔山激情开赛以来,目前已经渐入佳境。从7月15号起,这项赛事进入个人计时赛阶段。在这个阶段,您要关注荷兰自行车手Tom Dumoulin,因为这颗冉冉升起的新星在比赛中穿的是在3D扫描和3D打印技术的帮助下打造的新型自行车车衣。

  这套紧身车衣是Giant-Alpecin队(Dumoulin所在的车队)与代尔夫特技术大学(TU Delft)合作开发出来的,其目的是希望能够在比赛中为职业自行车手们带来一定的竞争优势。要知道在自行车运动中,比赛结果经常取决于几分之一秒的差别,所以任何形式的优势,比如更具空气动力性能的服装,都有可能成为决定性的因素。据中国3D打印网了解,这套定制的车服是通过一种全新的方法完成的。来自TU Delft的一个团队首先对Dumoulin骑着自行车时的身形进行3D扫描,然后据此3D打印出一个真人大小的复制品,并在一个风洞里在这个3D打印的人体模型上测试一系列的材料和服装设计。通过这个过程中,研究人员和和Giant-Alpecin队就能为Dumoulin设计出经过优化的量身定制车衣。

  这项工作的第一步就是对Dumoulin的身体进行3D扫描,这是必要的,因为运动员有自己的训练比赛安排,不可能全程参与车衣的开发。为此,研究人员找到了3D扫描公司th3rd,该公司使用一种摄影测量方法捕获到了车手详细而准确的扫描数据,整个过程中涉及到使用150部数码单反相机从各个角度捕捉Dumoulin的照片,总共只花了大约30分钟。

  下一步是3D分割3D扫描而来的所有数据,从而为Dumoulin的身体创建一个可用的3D模型。来自TU Delft工业设计工程学院的Jouke Verlinden博士解释说:“这中间的关键是如何正确地使用数据,比如通过一个聪明的方法拆分文件:也就是所谓的3D分割(3D segmenting)。您还应确定扫描数据中哪些地方的3D打印精度是不那么重要的,那么在这些地方可以极大地减少你需要的数据量。如果你的目标是使整个模型精确到微米,那么在打印模型时你会花去太多的时间。”

  当3D模型完成后,研究团队开始了3D打印过程。当然,为了创建一个自行车手真人大小的模型,他们不得不将整个对象分成8个不同的部分分别打印,然后再组装起来。研究团队动用了多台FDM 3D打印机,并总共用了50个小时。

  为了测试不同的材料和车服,这个人体模特被交给了TU Delft的博士生Wouter Terra,后者通过它记录了大量的风洞试验结果。这种材料试验过程并不像想象的那样简单。Terra解释说:“你会以为织物更光滑产生的阻力就更少。但是实际上并不总是如此——尤其当我们观察一个圆形、钝的、非流线型的形状,比如自行车手的身体,周围的气流时。”

  据Terra称,有时一种棱纹状的表面实际上可能更加有利于空气动力学设计,这是因为一般有两种类型的阻力在发生作用:摩擦产生阻力和压力产生的阻力。”尽管棱纹状的表面粗糙度导致摩擦阻力增加,但是压力阻力会大幅下降,最终导致总体阻力下降。“他继续说。“车服表面粗糙与光滑点的有效组合只可能将阻力减少0.5个百分点,但就是这么一点差别带来的时间优势就足以使一名前十位的车手问鼎冠军。”

  测试用的车服材料是由自行车手服装供应商Etxeondo提供的,该公司希望能够了解在每场比赛中对于不同的身体部位而言哪种材料是最有效的。最后,他们使用光滑和带纹理的材料进行各种组合制造了一系列的队服在风洞内进行测试。并使用粒子图像测速技术(PIV)对气流进行了映射和测量,看看哪些材料组合能够提供最好的结果。

  通过以上手段筛选出来的车服最终将穿在Dumoulin身上,参加最重要的环法自行车比赛。研究人员希望该服装能够有助于Dumoulin将总比赛时间提升几秒(或者零点几秒)。

  研发团队称:“我们从不同材料之间测量出了明显的阻力差别——大约会有1%左右,听起来似乎差别不大,实际并非如此,它会导致在长达一个小时的比赛中为选手节省大约10秒钟的使劲按。另外这种先进的紧身衣无疑也会给Dumoulin增加额外的心理激励,使他的整体表现能有所提高。当然,这一切都要通过比赛结果来证明。”

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