3D打印助力自行車提升顏值與性能之路

Date：2018-06-25 08:41:02

作為歐洲自行車中的精英分子，KELLYS（凱力士）品牌20多年來一直堅持注重細節(jié)做工，凱力士的一家設計事務所Paul +Murín Creative在過去的25年一直專注于為凱力士提供設計服務，最近他們通過3D打印制造了一輛帶電動功能的山地自行車。e-bike 1
block 2萬歐元的自行車框架
Paul +Murín Creative在開發(fā)過程中所面臨的挑戰(zhàn)包括將電池集成到框架中，另外，Paul +Murín Creative初次嘗試3D金屬打印機的時候，使用的是非常小的建構工作區(qū)域，結果，第一個框架必須由十一個3D打印部件焊接在一起，完成的3D打印電動自行車被命名為Kinazo ENDURO e1。
不過，這激發(fā)了Paul +Murín Creative通過3D打印制造自行車框架的熱情。
后來他們聯系了大眾公司尋求幫助，大眾斯洛伐克公司購買了Concept Laser X LINE 2000R作為其生產工具，得益于大眾斯洛伐克的支持，Paul +Murín Creative能夠將自行車框架制造成一件。e-bike目前4公斤的車架大概花費了約20,000歐元的生產成本，無可否認，這輛自行車并不便宜，但它非常獨特 – 不僅僅是一輛自行車，相信這樣的價格只適合真正的發(fā)燒愛好者。然而，隨著增材制造成本的下降，將為自行車生產帶來更大的靈活性，從而為定制產品帶來更多樂趣。e-bike 2e-bike 5e-bike 9
block Review
對于自行車產品來說，更高的品質和更超前的設計已經開始讓騎自行車成為了一項時尚的交通和代步方式。相比于我們日程所使用的其他運動品，山地自行車是一個獨特的存在，其核心的零件不僅技術含量高而且需要昂貴的設備來加工，而對于發(fā)燒級別的玩家來說，對于價格的敏感程度反而不高。這就催生了一系列的自行車品牌商以及3D打印領域的廠商探索如何通過3D打印技術來實現自行車的性能提升。
金屬自行車
     2014年雷尼紹和自行車設計和制造公司Empire Cycles合作，通過3D打印技術制作了一個純金屬自行車架，2015年這款自行車已進入量產階段。與傳統(tǒng)制造相比，3D打印的部件結實又輕便，原來的自行車架重2100g，重新設計后利用快速成型制造工藝，車架重量減輕了三分之一。同時，3D打印技術還克服了制造材料的限制。renishaw_bike2015年，自行車廠商Ti Cycles利用3D打印技術制造出全球首輛完整鈦金屬自行車Solid。Solid以鈦金屬作為自行車車架以及組件的原材料，這樣它將擁有重量輕、性能強以及持久耐用等特點，并且非常符合人體工程學設計。solid 3此外，日本的一家設計工作室Triple Bottom Line與創(chuàng)客中心DMM.make AKIBA合作，推出了他們制造出來的首個原型——DFM01。DFM01最令人印象深刻的不僅是其炫酷的外觀，而是它能夠根據使用者的身高、體重以及個人喜好進行量身定制。Triple Bottom Line在他人的幫助下，利用一個特殊的系統(tǒng)可以針對不同用戶自動確定車身框架的最佳幾何形狀。此外制造方還可以根據用戶的需求為其加裝智能手機支架，以及各種傳感器模塊。bike 42015年，澳大利亞一家名為Bastion Bicycles的初創(chuàng)公司將3D打印在工業(yè)中的制造理念，應用到了自行車的定制中，讓工業(yè)級3D打印技術走上了更為親民的路線。這款自行車是由3D打印的鈦金屬套管接頭（Lug）和紡碳管制成，自行車非常輕量化，并且接受用戶定制車架和車座。該公司的3D打印自行車時利用澳洲科學與工業(yè)研究組織的金屬3D打印設備實現的。Bastion-bike在自行車的鈦金屬套接管頭的里面裝有肋片，使用這種肋片可以調整自行車的靈活度和剛度。如果想要騎著比較靈活，則可以把肋片取出來；如果想要一個動力強勁，但是稍微有點硬的自行車，則可以裝上肋片。這款自行車的預計售價為7000元澳幣（4~5萬人民幣），自行車可終生保修，個別零件損壞之后可包換。
當然除了鈦合金，還有其他的塑料材料被應用到3D打印自行車的嘗試中來，其中2015年來自意大利帕多瓦的Eurocompositi設計工作室開發(fā)出一款讓人驚艷的PLA材質3D打印山地車車架Aenimal Bhulk，并由此獲得了2015 Eurobike產品設計金獎(Eurobike Gold)。
點陣結構
太多的顛簸使得自行車關鍵件的剛度性能變得尤為關鍵，有些彎曲的設計是必要的，不僅增加剛性也增加了舒適感。2016年，英國的技術戰(zhàn)略委員會所資助的設計優(yōu)化和增材制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展項目中，由項目成員Smart Aero技術提出來自行車零件輕量化的課題項目的關鍵點在于減輕重量的同時，空氣動力學也是重要的考慮因素，實現更輕，更快的自行車設計和生產。最后自行車輕量化項目的目標通過兩部分設計策略實現：
－減少自行車架壁厚，減少重量，優(yōu)化空氣流量
－通過內部的點陣結構一方面為閥桿的外蒙皮提供強度和支撐，另一方面進一步減輕重量。bike 3來主導。Simpleware是ScanIP軟件的開發(fā)商，當配備Simpleware + CAD模塊時，程序可以生成晶格點陣圖案填充框架結構。這種建模的好處是高度柔性，未來的類似形狀的建模都可以建立在這個基礎上，只需要很小的額外開發(fā)成本。
拓撲優(yōu)化
在這方面，通過3D科學谷的市場觀察，英國的ROBOT BIKE CO(RBC)公司可以說是增材設計理念、拓撲優(yōu)化技術和增材制造技術三者相結合的受益者，他們通過這些技術開辟了高端山地自行車的定制業(yè)務。
RBC為滿足高端用戶的定制化需求，通過增材制造技術實現山地車的定制服務。山地車的定制化生產要考慮到客戶自身的體重、身高、騎行風格，并需要在客戶可接受的時間和成本內完成定制。
RBC 公司推出的定制化自行車的車架部分由8根碳纖維管和11個鈦合金節(jié)點連接而成。鈦合金節(jié)點可根據騎行者自身的身高、體重、騎行方式等進行定制。Altair除了對鈦合金節(jié)點進行減重，更為簡化的車架設計和降低成本也是一項重要任務。Altair的設計團隊通過Altair 公司的CAE 軟件進行鈦合金連接點的拓撲優(yōu)化，包括分析每個連接點所承受的載荷，并調整其形狀和壁厚以及合理的進行材料分布，最終在保持零件性能的基礎上實現輕量化。Renishaw 2

建模完成后，CAD 模型被導入Renishaw QuantAM 軟件中，確定每個零部件的最佳擺放方向和支撐結構。一輛自行車中的11個鈦合金節(jié)點被擺放在一起，通過一次打印過程同時制造出來。


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