Bastion Cycles自主实现金属增材制造

背景

为了实现在澳大利亚本土利用最先进的技术和材料打造优质自行车架的愿望，Ben Schultz、James Woolcock和Dean McGeary决定将他们的两大志向 — 工程技术和自行车 — 融合在一起，三人联手在2014年中创立了Bastion Cycles公司。

他们认识到采用增材制造钛合金管托和碳纤维车架管可以实现这一设想。

“我们成立Bastion的初衷是，利用工程技术打造一辆“梦之车”，一展抱负。Bastion从真正意义上全方位展现了我们的专业追求，那就是：采用最先进的技术和材料在我们的祖国澳大利亚设计、开发和制造优质自行车架，”Bastion Cycles总裁Ben Schultz解释说。

Bastion Cycles位于澳大利亚墨尔本附近，主营设计、开发、测试和销售使用增材制造钛合金零部件组装的高性能公路自行车。该产品系列采用模块化设计，以钛合金增材制造管托搭配纤维缠绕碳纤维车架管，包括公路自行车、砾石路自行车、十字自行车、超轻型自行车等多款车型。这种管托的独特之处在于，管壁极薄，内部采用网状结构，因而制成了刚性-重量比极高的增材制造零件。

挑战

数控加工或铸模成型等传统制造方法灵活性低，定制空间小。因此许多车手不得不忍受跟自己体型不匹配的车型。而增材制造技术能够重新设计和开发车架，提高强度、优化功能、提升定制水平。

“增材制造车架并不新奇，然而要满足坚固、轻巧、美观要求，同时价格友好，不仅考验开发人员的专业知识，而且必须付出难以想象的努力，”工程总监James Woolcock说道。

在初创的三年里，Bastion Cycles选择将生产业务外包出去。一台增材制造机器需要的资本投入相当大，对一家刚成立的公司来说负担过重，因此Bastion Cycles最初只能将增材制造业务外包给专业的增材制造公司。位于新西兰陶朗加的RAM3D公司是增材制造领域的先锋，该公司接受Bastion的委托，根据其提供的设计生产自行车架的钛合金零部件。RAM3D是大洋洲地区最大的金属增材制造公司，其采用的是雷尼绍AM250平台，三台机器全天候运行。RAM3D拥有丰富的增材制造经验和专业知识，为Bastion Cycles掌握3D打印技能、积累增材制造设计 (DfAM) 经验提供了许多支持。

解决方案

2018年下半年，Bastion Cycles的三位联合创始人Ben、James和Dean与来自雷尼绍澳大利亚子公司（位于澳大利亚马尔格雷夫附近）的Mike Brown和Gary London密切合作，最终购入了一台雷尼绍增材制造系统。

Bastion将增材制造业务从外包过渡到自主完成的三年是一个探索的旅程；他们这个三人小团队以前没有任何采用增材制造技术设计直接使用的零部件的经验，此前只不过是利用增材制造技术制作原型以确认装配性和功能性。

“我们的第一个金属原型是采用以往的方法设计的，仍然试图利用加强筋和角撑板来提高刚度。直到我们开始探索增材制造技术的更多可能性，重塑思维方式，才有了真正的突破。第二个原型有了很大的改进，具有网格结构等增材制造技术所特有的优点，”技术总监Dean McGeary解释说。

这个车架不仅通过了台架测试，而且一次性连续通过了所有ISO冲击测试。紧接着，Bastion又制作了四个原型，希望通过台架和公路测试发现产品缺陷。得益于增材制造技术和模块化设计，Bastion能够快速自主重新设计原型，只要在需要的位置添加材料即可。

在车架原型的性能达到预期设想之后，Bastion即在下一个迭代制造了5个试制车架。这些试制车架均连续通过了所有ISO疲劳测试，而且直到今天仍在使用。

“实现自行车定制和性能优化，增材制造是秘诀，也是真正的区别所在。其他品牌也采用钛合金管托和碳纤维车架管制造自行车架，但是他们只是将零部件焊接在一起而已。然而，我们能调整管托的形状并采用超轻型内部网格结构，这意味着我们能够实现媲美碳纤维无骨架式车架的超轻重量、超高弯曲和扭转刚度，”James Woolcock评价说。

在Bastion团队探索自主完成增材制造时，当地的雷尼绍澳大利亚子公司的产品经理Gary London给予了大力支持，帮助他们使用Bastion的数据试制样品。在三个月内，雷尼绍帮助Bastion成功制造了若干个零部件，不仅证明自主制造毫不逊色于外包生产，而且提供了一个平台帮助他们顺利过渡到内部自主生产。

James Woolcock补充说：“在试制和培训过程中，雷尼绍澳大利亚子公司给予我们大力支持，消除了我们在生产方面的后顾之忧，让我们满怀信心地继续探索。”