自從2016年7月2日第103屆環(huán)法自行車(chē)公開(kāi)賽在法國(guó)圣米歇爾山激情開(kāi)賽以來(lái)，目前已經(jīng)漸入佳境。從7月15號(hào)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(chē)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(chē)車(chē)衣。

　　這套緊身車(chē)衣是Giant-Alpecin隊(duì)（Dumoulin所在的車(chē)隊(duì)）與代爾夫特技術(shù)大學(xué)（TU Delft）合作開(kāi)發(fā)出來(lái)的，其目的是希望能夠在比賽中為職業(yè)自行車(chē)手們帶來(lái)一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。要知道在自行車(chē)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(shì)，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(guó)3D打印網(wǎng)了解，這套定制的車(chē)服是通過(guò)一種全新的方法完成的。來(lái)自TU Delft的一個(gè)團(tuán)隊(duì)首先對(duì)Dumoulin騎著自行車(chē)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(cè)試一系列的材料和服裝設(shè)計(jì)。通過(guò)這個(gè)過(guò)程中，研究人員和和Giant-Alpecin隊(duì)就能為Dumoulin設(shè)計(jì)出經(jīng)過(guò)優(yōu)化的量身定制車(chē)衣。

　　這項(xiàng)工作的第一步就是對(duì)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(chē)衣的開(kāi)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(cè)量方法捕獲到了車(chē)手詳細(xì)而準(zhǔn)確的掃描數(shù)據(jù)，整個(gè)過(guò)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(lái)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(lái)自TU Delft工業(yè)設(shè)計(jì)工程學(xué)院的Jouke Verlinden博士解釋說(shuō)：“這中間的關(guān)鍵是如何正確地使用數(shù)據(jù)，比如通過(guò)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(kāi)始了3D打印過(guò)程。當(dāng)然，為了創(chuàng)建一個(gè)自行車(chē)手真人大小的模型，他們不得不將整個(gè)對(duì)象分成8個(gè)不同的部分分別打印，然后再組裝起來(lái)。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(cè)試不同的材料和車(chē)服，這個(gè)人體模特被交給了TU Delft的博士生Wouter Terra，后者通過(guò)它記錄了大量的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果。這種材料試驗(yàn)過(guò)程并不像想象的那樣簡(jiǎn)單。Terra解釋說(shuō)：“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(chē)手的身體，周?chē)臍饬鲿r(shí)。”

　　據(jù)Terra稱(chēng)，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(lèi)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(shuō)。“車(chē)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(lái)的時(shí)間優(yōu)勢(shì)就足以使一名前十位的車(chē)手問(wèn)鼎冠軍。”

　　測(cè)試用的車(chē)服材料是由自行車(chē)手服裝供應(yīng)商Etxeondo提供的，該公司希望能夠了解在每場(chǎng)比賽中對(duì)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(cè)試。并使用粒子圖像測(cè)速技術(shù)（PIV）對(duì)氣流進(jìn)行了映射和測(cè)量，看看哪些材料組合能夠提供最好的結(jié)果。

　　通過(guò)以上手段篩選出來(lái)的車(chē)服最終將穿在Dumoulin身上，參加最重要的環(huán)法自行車(chē)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(chēng)：“我們從不同材料之間測(cè)量出了明顯的阻力差別——大約會(huì)有1%左右，聽(tīng)起來(lái)似乎差別不大，實(shí)際并非如此，它會(huì)導(dǎo)致在長(zhǎng)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(wú)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(guò)比賽結(jié)果來(lái)證明。”