天伯伦(Timberland)使用Geomagic逆向工程技术来重塑制鞋业

天伯伦(Timberland)是一个文化符号,一个梦想品牌。对企业来说,天伯伦(Timberland)对社会责任的承诺受到全世界的尊重,并被全世界所效仿。

如今,有着近90年历史的天伯伦(Timberland)公司正在幕后进行着最新的技术创新的推进。它正在使用Geomagic公司数字形状采样和处理技术,来实现更大的鞋类定制,更快的产品上市时间,更一贯的品质,以及考虑制造中更少的原材料浪费。它很可能成为全世界范围内制鞋业设计与制造一个转折点。

鞋楦流程与以往不同 

自古以来,制鞋业一直基于如下的流程:通过一个与人体足部相似的模型做出各种样式的鞋楦。传统上以木材为原料,如今则通常使用数控机器加工塑料混合材料。

如今天伯伦(Timberland)在其主要产品线上生产100至120种鞋楦产品:如户外表演、正宗青年、工业专用和便装。直到二年前,所有的鞋楦都是通过手工制作并修改的,并运送到该公司的生产线上,如米尼加共和国、或者亚洲的合作伙伴如泰国、越南和中国。

据天伯伦(Timberland)鞋楦工程师Terry Anderson统计,随着逆向工程技术的发展,如今手工鞋楦仅占用于设计与制造鞋楦的10%左右。手工制作鞋楦中经常发生的返工现象,已经减少了75%。

“在做鞋模之前,可以对鞋楦进行可视化。如果有必要,可以在三到四个小时内通过快速成型做成实物,这样可以预览设计效果。” Anderson说,“废弃材料也大大减少了,而且我们已经淘汰了雕刻新造型时使用的化工填料。”

手工VS数字化

逆向工程是一个技术组成的集合,它使得用户能够快速创建复杂物理实体的精确数字模型。在全球范围的制造领域,通过3D扫描仪捕获零件信息,逆向工程应用于重新构造测量数据(点云)到高精确的多边形或NURBS曲面,并利用所产生的数字模型进行如产品设计、工具和模具的设计与验证、定制生产、再造遗产部分、工程分析、数字归档、以及电脑辅助检测等应用。

几十年来,创建一个完整新鞋楦的过程一直沿用公司成立之初的使用方法:通常以已有的使用良好的鞋楦为基础,产品设计团队构思一个鞋楦的设计概念。通过此概念,内部鞋楦工程师通过手工制作第一个鞋楦。

“工程师削减、填补并调整鞋楦形状,同时考虑到平衡的关键适合点和设计美学。”天伯伦(Timberland)全球鞋业发展部CAD经理Toby Ringdahl说。

现在,一旦最初的形状成形了,ATOS 3D激光扫描仪扫描鞋楦。扫描仪捕获成千上万三维点数据组成鞋楦的形状。通过Geomagic软件连接扫描仪,并可以帮助实现自动化并加速这一进程,多次扫描是为了捕捉鞋楦的复杂曲线。对于大多数鞋楦来说,扫描需时约20分钟。

从实物到数字

3D扫描仪扫描后的点云数据导入Geomagic Studio逆向工程软件中,它将自动排列物体多重扫描的各个部分。通过在点云数据上计算并封装三角网格面,这将减少曲面重构的生成时间。Geomagic Studio提供智能数据采样功能,以保存特征,并尽量减少3D模型中的扫描噪音。天伯伦(Timberland)利用自动化的功能,在软件中快速填充漏洞孔,消除杂点,同时保持曲面的曲率,并重建扫描过程中丢失的锐边和锐角。

实现扫描进程通常只需20分钟,而从扫描数据到数字化重构一只精确鞋楦复制品只需一小时。据天伯伦(Timberland)全球鞋业发展部3D技术专家Doug Maughan介绍,哪怕是更加复杂的实物,如含有相当多特征与细节的整只鞋来说,也只需要3至4小时。

“Geomagic 软件提供许多功能进行自动化处理并加快了进程。”Maughan说:“有两个例子如‘按边长选择’‘按曲率选择’。按边长选择对扫描过程中消除背景面是特别有用的,因为背景面与其它面之间会有一个间隙,软件可以自动鉴别这个间隙。手动选择并删除这此背景数据是非常耗时的。类似的如按曲率选择功能寻找高曲率区域并在平滑操作中消除高曲率区域节省了大量的时间。”

通过其它图片里面的数字鞋楦制造如图所示的天伯伦(Timberland)Block Island鞋系列。此款式首次是在06年12月份在加拿大以及北美亮相,其次则分别在2007年2月的欧洲以及4月份的亚洲登陆。

通过3D扫描仪扫描已有鞋楦,天伯伦(Timberland)开始数字形状采样与处理工作流程。

Geomagic Studio中的手动注册工具应用于调整数据模型

用Geomagic Studio构成的鞋楦三角网格面无限的可能性

通过Geomagic Studio,在基于实物的基础上,20分钟就能3D扫描一个新的3D数字化鞋楦。整个重构进程,从扫描至生成精确的曲面模型,则通过需要一个小时。

一旦获取了鞋楦的数字模型,用于设计、快速成型及制造的好处更是不尽描述。Ringdahl介绍说,最大的节省时间的地方来自可以快速的修改模型,并通过数据传输3D鞋楦文件至世界各地,而不是通过航运实现实物产品的传输。

有了逆向工程技术后,以天伯伦(Timberland)快速增长的数百个设计数字存档模型文件为基准,可以对已存的或者历史的鞋楦进行修改,得到新的样版。

通过改变3D模型,几分钟就可以得到概念化的设计。在可能有实物模型需要的情况下,天伯伦(Timberland)将Geomagic数据导入至Z Corp 快速成型系统里面,通过此系统可以在3至4小时内生产一个真实的物理模型,用于设计及工程的预览。天伯伦(Timberland)发现在如今的消费市场上,逆向工程是处于设计和定制之间的定义品牌的探索式最佳的处理工具。

“我们平均每天能够复制3至4个造型实物,如果我们通过老的方法来做鞋楦,平均两个星期才能生成一个实物原型。通过数字模型,我们可以寻找并快速开发出更多的设计及美学选项,如:自顶向下预览、中心侧影轮廓、底部形状、脚趾特征、足跟高度、鞋尖高度和鞋底厚度等。”Anderson说,“通过与全世界生产厂商合作共享3D数据,全面提升了最终产品的质量。”

“我们的目标就是与我们的厂家实现合适的以及分等级的标准化”他说,“通过逆向工程,我们可以与厂家直接沟通。这样,犯错误的机会大大降低,因为我们直接发送给他们精确的数据。”Ringdahl接着说:“我们新的鞋楦经常是基于被证明在生产中是合适的以及恰当的鞋楦为基准的。逆向工程以及快速成型技术帮助我们创建一个与我们的足部始终如一的匹配方法。比如鞋跟面积,我们可以在跟踪最新时尚或者满足特定客户要求时修改足部形状而保持必要的鞋跟面积。

在处理的最后阶段就是存档,之前的处理包括许多人工劳力以及实物空间来存储并找回上百件历史的鞋楦。但如今,天伯伦(Timberland)使用3 Shape软件,可以转变鞋楦的Geomagic 3D模型为电子资源。3 Shape 提供一个结构数据库,以供搜索并浏览所有相关信息的功能及归档显示。

“我们已经大大提高了历史数据的访问以及使用管理”Ringdahl说,“我们现在有一个可供检索和跟踪的版本控制数据库,如开发通知、测量及其他必要信息,以确保设计和制造精度。”

在天伯伦(Timberland),使用逆向工程技术甚至延伸至提取所需信息用于误差分析。“我们使用柯尼卡-美能达扫描仪以及Geomagic软件来实现我们在制鞋业上的3D误差分析。” Maughan说,“我们扫描一只组装鞋表面,并删除不组成误差分析的部分。在Geomagic实现完整的扫描进程后,我们选择鞋表面的包含特定材料的某截面,并使用软件来测量此表面区域,从而分析误差。

虚拟制鞋以及更远

天伯伦(Timberland)计划尽快使用Geomagic Qualify三维检测软件对不同类型的鞋子来进行三维比较。

Ringdahl认为逆向工程可以潜在的帮助天伯伦(Timberland)在更短的时间内提供更加具有个性化风格的产品。他以女士的休闲装(Casual Gear)生产线举例。

“我们在女士休闲服饰里面的大部分的竞争者平均每年推出4至8次新产品,但是我们平均两年设计并开发某类新产品。目前,一些如150女士休闲服饰平均六个月就生产出来,而生产及运输的时间是固定的。

“但是如果我们引进一些高效率的工具,如逆向工程技术以及快速成型,这样可以减少设计以开发的部分循环,平均三个月就有可能开发75至90种新造型,它可能就意味着增加了财政收入,因为买家将有更多的机会把天伯伦(Timberland)的产品放在他们的店里。”

黑色与棕色之外

包括天伯伦(Timberland)在内的许多公司正在探索走向大规模定制的新路径。与传统的批量生产款式少相比,这种定制将给市场带来更多的个性化款式,而成本不会加大。

天伯伦(Timberland)是使用逆向工程技术完成大规模定制的一个标志性品牌,它使鞋不再是是黑色或者棕色的世界。天伯伦(Timberland)正在综合应用技术与设计,使自己的正宗产品适合于世界各地特定的品味和文化需求。这也是21世纪制造业的未来。


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