La scansione 3D multi-risoluzione con Leo e Artec Ray II per l'efficienza dei consumi di carburante

Il modello 3D di camion utilizzato per effettuare le analisi aerodinamiche di Airshaper.

Se non lavori nel settore degli autotrasporti o della logistica, potresti non sapere che il semirimorchio medio trasporta oltre 500 litri di carburante. Se si considera che negli Stati Uniti ci sono quasi tre milioni di camion, è chiaro che sono responsabili della combustione di una grande quantità di benzina.

L'efficienza del carburante di tali veicoli è determinata da molteplici fattori, tra cui il carico, lo stile di guida, le dimensioni del motore e altro ancora. Ma un'area che viene spesso trascurata dai produttori di camion nella ricerca della funzionalità del design è la resistenza aerodinamica.

Generata da tutti i veicoli quando attraversano l'aria, questa forza diventa sempre più consistente man mano che aumentano la velocità, e richiede loro di utilizzare più cavalli (e carburante) per accelerare. Il camion medio utilizza il 50% della sua energia per contrastare la spinta dell'aria in autostrada, si ritiene che una riduzione del 20% della resistenza potrebbe produrre un risparmio di carburante fino al 10% per viaggio.

Artec Ray II viene utilizzato per scansionare in 3D un camion nel parcheggio di una società di trasporto aereo locale.

Migliorare l'aerodinamica del veicolo spesso significa condurre analisi CFD per scoprire quali sono le parti meno aerodinamiche, ma la creazione di un modello a tenuta stagna dopo la prima simulazione richiede settimane. Airshaper  è riuscita a semplificare questo processo, consentendo agli utenti di identificare gli aggiornamenti del design necessari. Basta caricare e analizzare delle scansioni 3D Artec altamente dettagliate per ottenere i risultati in poche ore.

Scansione di camion multi-risoluzione

Dal suo quartier generale di Anversa, in Belgio, Airshaper è uno sviluppatore di software su cloud che consente agli utenti di condurre simulazioni aeree complesse senza bisogno di macchinari complessi. All'inizio di quest' anno, l'azienda ha cercato di mostrare il potenziale della sua piattaforma in questo campo digitalizzando un camion, cercando di ottenere i migliori risultati. Doveva essere catturato in alta risoluzione, per questo ci si è rivolti ad Artec 3D.

Lavorando con Airshaper, gli specialisti Artec hanno contribuito a digitalizzare un intero veicolo in meno di due giornate di scansione. Il sistema visivo inerziale (VIS) di pre-allineamento della scansione di Ray II è stato fondamentale per questo compito, così come la sua velocità di 2 milioni di pt/s e il sistema di telecamere integrato da 36 MP, che ha permesso al team di catturare le texture HDR necessarie per ottenere colori realistici.

Insieme a Ray è stato utilizzato lo scanner wireless Artec Leo, completo di display integrato intuitivo e un ampio campo visivo di 838 x 488 mm, che ha reso molto più facile spostarsi e digitalizzare le parti di grandi dimensioni come le griglie del radiatore e le alette parasole. Secondo lo specialista di scansione 3D Artec Dmitry Potoskuev, eseguire lo stesso processo con uno scanner cablato tradizionale sarebbe stato un incubo.

"Scansionare la parte superiore della cabina su una scala a pioli è stato molto più semplice senza doversi portare dietro un computer", ha detto Potoskuev. "Lo stesso valeva per le parti tra la cabina e il rimorchio: la natura wireless di Leo ci ha permesso di strisciare sotto il veicolo e scansionare dal basso. L'intera parte anteriore del camion è stata scansionata con Leo: ha certamente reso l'acquisizione di alcune parti più facile di quanto sarebbe stato altrimenti."

Due scanner 3D Artec Leo che digitalizzano la cabina del camion.

Il progetto non è stato solo una straordinaria vetrina per le capacità individuali di Leo e Ray II, ma ha anche mostrato come i due scanner possano essere combinata per creare mesh incredibilmente dettagliate, utilizzando i dati ad alta risoluzione di entrambi. Con l'algoritmo Smart Fusion di Artec Studio, è persino possibile unire le scansioni con il clic di un pulsante, in un flusso di lavoro con il potenziale di rivoluzionare l'acquisizione dei dati su larga scala.

Risparmiare sulla benzina

Una volta ottenuta una mesh accurata del camion, il team ha analizzato le sue prestazioni aerodinamiche e l'ha caricato sulla piattaforma cloud di Airshaper. A quel punto hanno potuto scegliere tra tre preimpostazioni di complessità del progetto, impostare parametri di simulazione e gli algoritmi di "galleria del vento virtuale" per analizzare ogni aspetto, dal flusso d'aria all'emissione di rumore.

Il rapporto di Airshaper era pronto poche ore dopo, e i risultati erano sbalorditivi. Si è scoperto che il camion utilizzava 76.000 watt (102 cavalli, anche se questa cifra è probabilmente più vicina a 200 quando si tiene conto della potenza per combattere forze come la resistenza degli pneumatici) per superare la resistenza aerodinamica a velocità autostradali.

Attraverso immagini 3D dettagliate, la piattaforma di Airshaper ha anche rivelato i principali fattori di resistenza. In questo caso, la cabina, i deflettori di flusso e le alette parasole sono stati tutti identificati come elementi aerodinamici vitali, ma erano gli specchi e il tetto a causare turbolenze più dirompenti.

Per fargli fendere l'aria più facilmente, è stato suggerito di riposizionare gli specchi, limitare le aperture del tetto e allineare meglio gli alettoni per la deflessione dell'aria. Wouter Remmerie di Airshaper ha ben accolto la scansione 3D per ottenere queste informazioni, in quanto ha permesso al team di catturare il camion a pezzi e di scomporlo per "analisi della forza parte per parte."

Un grafico che indica i punti più di attrito superficiale più critici generati dal camion scansionato in 3D mentre viaggia.

"Avevamo un'enorme quantità di dettagli su cui agire e questo è stato catturato direttamente nella simulazione", ha detto Remmerie. "Anche se si avverte una certa perdita di dettagli mentre passi dalla realtà alla scansione e dalla scansione alla mesh, siamo comunque riusciti a catturare tutti i piccoli dettagli in modo molto soddisfacente. Nel modello, gli specchietti e la griglia erano molto ben definiti, si potevano persino vedere le filettature degli pneumatici."

Il prossimo passo: aumentare l'autonomia dei veicoli elettrici?

La piattaforma Airshaper viene già utilizzata per ottimizzare l'aerodinamica dei veicoli ed evitare costose riprogettazioni, o dover ricorrere a parti aftermarket, da parte di leader del mercato come Tesla e Morgan. Remmerie ora prevede di trovare ulteriori casi d'uso per i veicoli elettrici (EV).

I veicoli elettrici possono essere più sostenibili dei veicoli a benzina, ma spendono ancora molta energia per fendere l'aria. Remmerie afferma che renderli solo il 10% più snelli potrebbe produrre un risparmio energetico del 5%, sufficiente a ridurre le dimensioni e il peso delle batterie di bordo.

Dice che questa cifra è supportata da analisi sui veicoli elettrici come la Tesla Semi. Un recente studio di Airshaper ha dimostrato come il cambiamento del posizionamento degli specchietti, della forma della cabina e dell'allineamento del rimorchio abbia reso il camion scansionato meno trascinante rispetto ad altri. Pertanto, si prevede che l'analisi della concorrenza, aiutata dalla scansione 3D, diventerà presto un'attrazione significativa per i clienti dell'azienda.

"Se stai progettando un nuovo camion e qualcun altro produce un veicolo con un'enorme autonomia, vuoi capire come hanno ottenuto questo risultato attraverso la scansione 3D", ha concluso Remmerie. "Questo è uno dei principali vantaggi di questa tecnologia, puoi analizzare un camion esistente, scoprire come affronta l'aerodinamica e trarne delle lezioni per migliorare il tuo veicolo".

"Avevamo un mercato maturo, ma con i veicoli elettrici e i camion, le cose stanno cambiando di nuovo. Quindi la comprensione dei nuovi progetti di veicoli con la scansione 3D diventerà sempre più importante."

Sei interessato a saperne di più? Puoi visualizzare il rapporto completo del camion 3D di Aishaper qui.