自從2016年7月2日第103屆環(huán)法自行車公開賽在法國圣米歇爾山激情開賽以來，目前已經(jīng)漸入佳境。從7月15號起，這項(xiàng)賽事進(jìn)入個(gè)人計(jì)時(shí)賽階段。在這個(gè)階段，您要關(guān)注荷蘭自行車手Tom Dumoulin，因?yàn)檫@顆冉冉升起的新星在比賽中穿的是在3D掃描和3D打印技術(shù)的幫助下打造的新型自行車車衣。

　　這套緊身車衣是Giant-Alpecin隊(duì)（Dumoulin所在的車隊(duì)）與代爾夫特技術(shù)大學(xué)（TU Delft）合作開發(fā)出來的，其目的是希望能夠在比賽中為職業(yè)自行車手們帶來一定的競爭優(yōu)勢。要知道在自行車運(yùn)動(dòng)中，比賽結(jié)果經(jīng)常取決于幾分之一秒的差別，所以任何形式的優(yōu)勢，比如更具空氣動(dòng)力性能的服裝，都有可能成為決定性的因素。據(jù)中國3D打印網(wǎng)了解，這套定制的車服是通過一種全新的方法完成的。來自TU Delft的一個(gè)團(tuán)隊(duì)首先對Dumoulin騎著自行車時(shí)的身形進(jìn)行3D掃描，然后據(jù)此3D打印出一個(gè)真人大小的復(fù)制品，并在一個(gè)風(fēng)洞里在這個(gè)3D打印的人體模型上測試一系列的材料和服裝設(shè)計(jì)。通過這個(gè)過程中，研究人員和和Giant-Alpecin隊(duì)就能為Dumoulin設(shè)計(jì)出經(jīng)過優(yōu)化的量身定制車衣。

　　這項(xiàng)工作的第一步就是對Dumoulin的身體進(jìn)行3D掃描，這是必要的，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)員有自己的訓(xùn)練比賽安排，不可能全程參與車衣的開發(fā)。為此，研究人員找到了3D掃描公司th3rd，該公司使用一種攝影測量方法捕獲到了車手詳細(xì)而準(zhǔn)確的掃描數(shù)據(jù)，整個(gè)過程中涉及到使用150部數(shù)碼單反相機(jī)從各個(gè)角度捕捉Dumoulin的照片，總共只花了大約30分鐘。

　　下一步是3D分割3D掃描而來的所有數(shù)據(jù)，從而為Dumoulin的身體創(chuàng)建一個(gè)可用的3D模型。來自TU Delft工業(yè)設(shè)計(jì)工程學(xué)院的Jouke Verlinden博士解釋說：“這中間的關(guān)鍵是如何正確地使用數(shù)據(jù)，比如通過一個(gè)聰明的方法拆分文件：也就是所謂的3D分割（3D segmenting）。您還應(yīng)確定掃描數(shù)據(jù)中哪些地方的3D打印精度是不那么重要的，那么在這些地方可以極大地減少你需要的數(shù)據(jù)量。如果你的目標(biāo)是使整個(gè)模型精確到微米，那么在打印模型時(shí)你會(huì)花去太多的時(shí)間。”

　　當(dāng)3D模型完成后，研究團(tuán)隊(duì)開始了3D打印過程。當(dāng)然，為了創(chuàng)建一個(gè)自行車手真人大小的模型，他們不得不將整個(gè)對象分成8個(gè)不同的部分分別打印，然后再組裝起來。研究團(tuán)隊(duì)動(dòng)用了多臺(tái)FDM 3D打印機(jī)，并總共用了50個(gè)小時(shí)。

　　為了測試不同的材料和車服，這個(gè)人體模特被交給了TU Delft的博士生Wouter Terra，后者通過它記錄了大量的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果。這種材料試驗(yàn)過程并不像想象的那樣簡單。Terra解釋說：“你會(huì)以為織物更光滑產(chǎn)生的阻力就更少。但是實(shí)際上并不總是如此——尤其當(dāng)我們觀察一個(gè)圓形、鈍的、非流線型的形狀，比如自行車手的身體，周圍的氣流時(shí)。”

　　據(jù)Terra稱，有時(shí)一種棱紋狀的表面實(shí)際上可能更加有利于空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，這是因?yàn)橐话阌袃煞N類型的阻力在發(fā)生作用：摩擦產(chǎn)生阻力和壓力產(chǎn)生的阻力。”盡管棱紋狀的表面粗糙度導(dǎo)致摩擦阻力增加，但是壓力阻力會(huì)大幅下降，最終導(dǎo)致總體阻力下降。“他繼續(xù)說。“車服表面粗糙與光滑點(diǎn)的有效組合只可能將阻力減少0.5個(gè)百分點(diǎn)，但就是這么一點(diǎn)差別帶來的時(shí)間優(yōu)勢就足以使一名前十位的車手問鼎冠軍。”

　　測試用的車服材料是由自行車手服裝供應(yīng)商Etxeondo提供的，該公司希望能夠了解在每場比賽中對于不同的身體部位而言哪種材料是最有效的。最后，他們使用光滑和帶紋理的材料進(jìn)行各種組合制造了一系列的隊(duì)服在風(fēng)洞內(nèi)進(jìn)行測試。并使用粒子圖像測速技術(shù)（PIV）對氣流進(jìn)行了映射和測量，看看哪些材料組合能夠提供最好的結(jié)果。

　　通過以上手段篩選出來的車服最終將穿在Dumoulin身上，參加最重要的環(huán)法自行車比賽。研究人員希望該服裝能夠有助于Dumoulin將總比賽時(shí)間提升幾秒（或者零點(diǎn)幾秒）。

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)稱：“我們從不同材料之間測量出了明顯的阻力差別——大約會(huì)有1%左右，聽起來似乎差別不大，實(shí)際并非如此，它會(huì)導(dǎo)致在長達(dá)一個(gè)小時(shí)的比賽中為選手節(jié)省大約10秒鐘的使勁按。另外這種先進(jìn)的緊身衣無疑也會(huì)給Dumoulin增加額外的心理激勵(lì)，使他的整體表現(xiàn)能有所提高。當(dāng)然，這一切都要通過比賽結(jié)果來證明。”