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博客文章:您现在就可以买到的3D打印山地自行车!

Marc Saunders

雷尼绍全球解决方案中心总监,负责增材制造(金属3D打印)应用的普及
发布时间:2016年12月29日

近年来,由于受到职业骑手和“专业消费者”的热捧,高性能、高规格自行车的市场需求呈现爆炸性增长趋势。就山地自行车而言,这种趋势已经促使制造商采用来自航空航天和一级方程式赛车领域的先进材料和构建技术来制造自行车,其中一个典型的例子便是自行车的悬架设计日益先进。对于那些财力雄厚的骑手,他们希望购买到定制车架,从而完美匹配他们的体型和骑行风格。

骑手骑行R160自行车飞跃障碍

如今,增材制造 (AM) 技术,又称3D打印的新兴生产技术也已进入自行车制造领域。凭借其制造复杂、精密和定制组件的独特能力,增材制造技术为研发生产高性能的定制自行车开辟了新的道路。
在讨论最新发展动态之前,我们首先来回顾一下(近期)历史...

Empire Cycles钛合金车架

配备了3D打印钛合金车架和座管支架的完整自行车

最初,雷尼绍与Empire Cycles公司合作首次进军增材制造自行车领域,并于2013年共同开发了世界首个钛合金3D打印自行车架。

这个结构坚韧的车架由多根钛合金管状部件焊接而成,比原先的铸铝结构设计更加轻巧和坚固。

Empire Cycles自行车架成型托盘

Robot Bike公司全新R160钛合金-碳纤维材质的定制山地自行车架

今天,一家新创立的公司Robot Bike在应用上先行一步,将尖端技术与人体测量学数据相结合,开发出一款高性能的定制山地自行车架。

R160自行车

其R160自行车的结构独特,使用了增材制造的钛合金管托、碳纤维车架管及双圈叠搭连接的概念。车架包含由Dave Weagle专门设计的完整后悬架结构,还包含上管、立管、下管等结构,线缆走线设计在车架管内部。

R160自行车架

大多数高端山地自行车架均采用碳纤维材料制造,但是因为模具成本十分高昂,这些车架仅提供少数几种尺寸规格。相比之下,借助增材制造的灵活性来生产定制的组件,每个R160车架都可以根据客户的个人测量数据和指标量身打造。而且,随着新技术的出现让生产过程不受模具的限制,车架还可以持续进行改良。

增材制造山地自行车设计

Robot Bike公司创新的山地自行车架设计是与Altair、HiETA Technologies和雷尼绍多方合作的成果。每个合作伙伴都为这个项目贡献了其独有的专业经验。


Robot Bike公司提出了自行车设计概念,并与Dave Weagle合作,开发出独特的dw6悬架。增材制造的定制功能使得悬架各个方面的性能 — 骑、握、蹬的特性 — 都能够根据骑手的偏好进行定制优化。详情请访问www.robotbike.co

R160自行车架

Altair利用其强大的计算机辅助设计工具套件对管托进行拓扑优化。其中包括分析管托必须承受的载荷,然后改造其外观形状和壁厚,以便仅在需要加强的位置使用材料。这使得车架在重量减少的同时保持性能不变。

R160自行车CAD文件

HiETA在增材制造专用设计方面具有丰富的经验,他们开发了一种参数化的3D CAD设计模型,可根据骑手个人特点进行快速定制。这包括优化11个钛合金管托和8根碳纤维管,从而为每个客户创建一套独特的实体模型。这种先进的规格选型工具在Robot Bike公司网站上提供,客户仅用20秒便可完成车辆的定制过程。

R160自行车图纸

雷尼绍的任务是将这些独特的CAD模型转换为成品...

加工钛合金管托

R160自行车部件

利用雷尼绍的选择性激光熔融工艺(一种可直接根据CAD几何形状使用精细金属粉末制造零件的增材制造技术)进行钛合金管托的生产。

这些管托由位于英国斯塔福德郡斯通镇的雷尼绍新增材制造解决方案中心进行制造。生产过程从为每个客户量身定制的CAD几何形状开始。随后,这些形状被导入雷尼绍的QuantAM文件准备和处理软件,利用该软件为每个零件选择最优方向,并指定完成加工成型必需的支撑结构。将十一个管托组合起来,以便在一次成型过程中进行制造。接下来,将组合的CAD几何形状“切片”成2500多个成型层,每层厚度为60微米。最后,用QuantAM软件来定义用于熔化钛金属粉末以产生每个成型层的扫描路径。

QuantAM软件中的R160自行车成型托盘设置

成型过程会在AM250增材制造系统上完成。200W的激光聚焦在粉末床上,将粉末融化后加工出充分致密、无比坚固的结构。熔融过程在惰性氩气环境下进行,这可确保钛合金的纯度,以达到最优强度和耐久性。在未来数月内,雷尼绍将转换至最新的RenAM 500M系统进行生产,该系统具备更大的激光功率(达500W),并具有内置的粉末再循环和筛分系统。

R160自行车部件成型托盘

从增材制造系统中取出带有十一个管托的成型托盘后,继续在氩气环境下对其进行热处理。某些管托需要通过精加工来达到精密承载要求。可通过机内测头测量系统设定和控制这一加工过程: 

使用测头测量R160自行车部件

最后,使用坐标测量机进行检测以完成管托的生产过程。

使用REVO检测R160自行车部件

摘要

增材制造技术在创建定制和高性能解决方案及培育新的商业模式方面具有颠覆性的潜力,Robot Bike公司便是一个极佳的示例。这一项目很好地诠释了雷尼绍的解决方案中心在整个设计-生产链条中所应发挥的作用 — 我们与客户以及技术伙伴密切合作,开发创新产品,利用增材制造技术最大限度降低生产成本,实现性能优势最大化。