2014年2月

 

      英國(guó)唯一的激光熔融金屬快速成型系統(tǒng)（用于“打印”金屬部件）制造商雷尼紹，與英國(guó)領(lǐng)先的自行車(chē)設(shè)計(jì)和制造公司聯(lián)袂制造出世界上首款3D打印金屬自行車(chē)架。Empire Cycles公司針對(duì)快速成型制造技術(shù)設(shè)計(jì)出山地自行車(chē)，制作經(jīng)拓?fù)鋬?yōu)化的鈦材質(zhì)車(chē)架；新車(chē)架堅(jiān)固、輕巧，重量比原來(lái)減輕了33%。
 

車(chē)架采用鈦合金材料，分成若干部分利用快速成型制造工藝加工，然后拼接組裝而成， 因此具有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：

    設(shè)計(jì)自由
? 快速迭代；可在最終生產(chǎn)之前靈活改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)

? 能夠制造經(jīng)拓?fù)鋬?yōu)化產(chǎn)生的形狀（參見(jiàn)下文）

? 充分根據(jù)客戶要求量身定制 — 使單件生產(chǎn)像成批生產(chǎn)一樣簡(jiǎn)單

    構(gòu)造
? 復(fù)雜形狀具有多種內(nèi)部增強(qiáng)特征

 
? 空心結(jié)構(gòu)

? 細(xì)節(jié)特征構(gòu)建功能，例如銘刻騎手姓名

    高性能鈦合金材料
? 座管支架比鋁合金輕44%

? 極其堅(jiān)固 — 經(jīng)測(cè)試達(dá)到EN 14766標(biāo)準(zhǔn)

? 抗腐蝕、經(jīng)久耐用

 

     Empire Cycles

     Empire Cycles位于英格蘭西北部，是英國(guó)一家獨(dú)具特色的自行車(chē)設(shè)計(jì)和制造公司。該公司積極致力于使用精湛的英國(guó)工程技術(shù)開(kāi)發(fā)和制造高端產(chǎn)品，為全球山地自行車(chē)和高山速降自行車(chē)提供創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
雷尼紹和Empire Cycles攜手合作，針對(duì)快速成型制造工藝的特點(diǎn)優(yōu)化自行車(chē)設(shè)計(jì)，減少了許多原本需要多余結(jié)構(gòu)來(lái)支撐的朝下表面。
 

     它的強(qiáng)度如何？

     利用激光熔融金屬快速成型制造工藝加工的鈦合金，具有超過(guò)900 MPa的高極限抗拉強(qiáng)度 (UTS) 和幾近完美的大于99.7%的密度；這種工藝優(yōu)于鑄造，由于孔隙小，數(shù)量少，呈球型狀，因此對(duì)強(qiáng)度幾乎沒(méi)有影響。
該項(xiàng)目的目的是生產(chǎn)一種功能型自行車(chē)，因此采用山地自行車(chē)標(biāo)準(zhǔn)EN 14766對(duì)座管支架進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果證明其可承受50,000次1200 N的應(yīng)力。在接下來(lái)的測(cè)試中，逐漸加大應(yīng)力，當(dāng)使用的應(yīng)力達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的6倍時(shí)，座管支架仍完好無(wú)損。
對(duì)自行車(chē)架的測(cè)試將繼續(xù)進(jìn)行。一方面，在英國(guó)Bureau Veritas的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試；另一方面，與斯旺西大學(xué) (Swansea University) 合作，利用便攜式傳感器完成山地實(shí)測(cè)。
 

      什么是拓?fù)鋬?yōu)化？

     拓?fù)湓从谙ＥD語(yǔ)中的“topo”（地貌）一詞，而拓?fù)鋬?yōu)化軟件是指通常利用迭代步驟和有限元分析來(lái)確定材料“邏輯位置”的程序。通過(guò)移除低承載力區(qū)域的材料，達(dá)到優(yōu)化承重設(shè)計(jì)的目的，最終得到的原型部件既輕巧（因?yàn)轶w積?。┯謭?jiān)固?，F(xiàn)在，可以利用快速成型制造技術(shù)來(lái)解決以往制造這些結(jié)構(gòu)時(shí)存在的難題，實(shí)現(xiàn)從3D物理模型向?qū)嶓w的轉(zhuǎn)化。

 

     它有多輕？

      鈦合金的密度比鋁合金大，它們的相對(duì)密度分別約為4 g/cm3和3 g/cm3。因此，要使鈦合金零件比鋁合金零件輕，唯一方法就是大幅改變結(jié)構(gòu)，盡可能減少不會(huì)影響零件整體強(qiáng)度的區(qū)域的材料。

      原來(lái)的鋁合金座管支架重量為360 g，而空心鈦合金座管支架僅重200 g，重量一下子減輕了44%。

      這還只是第一次迭代；通過(guò)進(jìn)一步分析和測(cè)試，還可以減輕更多重量。

      原來(lái)的自行車(chē)架重2100 g。重新設(shè)計(jì)后利用快速成型制造工藝，車(chē)架重量降至1400 g，減輕了33%。

      雖然現(xiàn)在市面上有重量更輕的碳纖維自行車(chē)，但Empire Cycles總裁Chris Williams在經(jīng)過(guò)一番調(diào)查后指出：“碳纖維自行車(chē)的耐用性比不上金屬自行車(chē)，它很適合公路使用，但在山路上騎行，它的車(chē)架有可能損壞。我們的金屬自行車(chē)有額外加固，可確保萬(wàn)無(wú)一失?！?br />  

      該項(xiàng)目如何管理？

      在接觸雷尼紹之前，Chris就已經(jīng)為他最新設(shè)計(jì)的自行車(chē)制作了全尺寸3D打印復(fù)制品，因此十分清楚自己想要什么。
雷尼紹最初只同意優(yōu)化和制造座管支架，但是當(dāng)座管支架成功制造出來(lái)后，制造完整車(chē)架也就變成了順理成章的事情。Chris根據(jù)雷尼紹應(yīng)用團(tuán)隊(duì)的優(yōu)化型指導(dǎo)更新了設(shè)計(jì)，將整個(gè)車(chē)架分成若干部分，以便充分利用AM250系統(tǒng)的300 mm成型高度。

       Empire Cycles的重大收獲，便是這一制造方法給產(chǎn)品帶來(lái)的諸多性能優(yōu)點(diǎn)。更新后的設(shè)計(jì)不僅具有摩托車(chē)和汽車(chē)所使用的壓制鋼“無(wú)骨架”結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且無(wú)需投資購(gòu)買(mǎi)讓小型制造商望而卻步的昂貴模具。
 
      雖然還未完全發(fā)掘出產(chǎn)品潛在的性能優(yōu)勢(shì)，但我們希望繼續(xù)開(kāi)發(fā)該項(xiàng)目。由于無(wú)需模具，因此可輕松地持續(xù)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)；并且由于按體積而不是按復(fù)雜程度計(jì)算組件成本，一些很輕零件的制造成本甚至可以達(dá)到最低。
對(duì)拼接組裝方法進(jìn)行研究后，該項(xiàng)目選用了Mouldlife公司提供的粘合劑，以及技術(shù)專家3M公司提供的測(cè)試設(shè)備。我們將繼續(xù)深入合作，研究拼接組裝方法的重復(fù)性改進(jìn)，例如特定表面處理。

     自行車(chē)成品所需的車(chē)輪、傳動(dòng)鏈和組件均由Hope Technology公司提供。
該項(xiàng)目表明，通過(guò)與客戶密切合作可以取得卓越的成果。如果您希望自己的產(chǎn)品也能獲益于快速成型制造技術(shù)，請(qǐng)聯(lián)系當(dāng)?shù)氐睦啄峤B辦事處了解詳情。