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(xì)節(jié)做工,凱力士的一家設(shè)計事務(wù)所Paul +Murín Creative在過去的25年一直專注于為凱力士提供設(shè)計服務(wù),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(jī)的時候,使用的是非常小的建構(gòu)工作區(qū)域,結(jié)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(lián)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(chǎn)工具,得益于大眾斯洛伐克的支持,Paul +Murín Creative能夠?qū)⒆孕熊嚳蚣苤圃斐梢患?/span>e-bike目前4公斤的車架大概花費(fèi)了約20,000歐元的生產(chǎn)成本,無可否認(rèn),這輛自行車并不便宜,但它非常獨(dú)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(chǎn)帶來更大的靈活性,從而為定制產(chǎn)品帶來更多樂趣。e-bike 2e-bike 5e-bike 9
block Review
對于自行車產(chǎn)品來說,更高的品質(zhì)和更超前的設(shè)計已經(jīng)開始讓騎自行車成為了一項(xiàng)時尚的交通和代步方式。相比于我們?nèi)粘趟褂玫钠渌\(yùn)動品,山地自行車是一個獨(dú)特的存在,其核心的零件不僅技術(shù)含量高而且需要昂貴的設(shè)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(lǐng)域的廠商探索如何通過3D打印技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自行車的性能提升。
金屬自行車
     2014年雷尼紹和自行車設(shè)計和制造公司Empire Cycles合作,通過3D打印技術(shù)制作了一個純金屬自行車架,2015年這款自行車已進(jìn)入量產(chǎn)階段。與傳統(tǒng)制造相比,3D打印的部件結(jié)實(shí)又輕便,原來的自行車架重2100g,重新設(shè)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(shù)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(shù)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(qiáng)以及持久耐用等特點(diǎn),并且非常符合人體工程學(xué)設(shè)計。solid 3此外,日本的一家設(shè)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(jù)使用者的身高、體重以及個人喜好進(jìn)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(jù)用戶的需求為其加裝智能手機(jī)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(yīng)用到了自行車的定制中,讓工業(yè)級3D打印技術(shù)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(xué)與工業(yè)研究組織的金屬3D打印設(shè)備實(shí)現(xiàn)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(diào)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(qiáng)勁,但是稍微有點(diǎn)硬的自行車,則可以裝上肋片。這款自行車的預(yù)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(dāng)然除了鈦合金,還有其他的塑料材料被應(yīng)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(shè)計工作室開發(fā)出一款讓人驚艷的PLA材質(zhì)3D打印山地車車架Aenimal Bhulk,并由此獲得了2015 Eurobike產(chǎn)品設(shè)計金獎(Eurobike Gold)。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)
太多的顛簸使得自行車關(guān)鍵件的剛度性能變得尤為關(guān)鍵,有些彎曲的設(shè)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(shù)戰(zhàn)略委員會所資助的設(shè)計優(yōu)化和增材制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目中,由項(xiàng)目成員Smart Aero技術(shù)提出來自行車零件輕量化的課題項(xiàng)目的關(guān)鍵點(diǎn)在于減輕重量的同時,空氣動力學(xué)也是重要的考慮因素,實(shí)現(xiàn)更輕,更快的自行車設(shè)計和生產(chǎn)。最后自行車輕量化項(xiàng)目的目標(biāo)通過兩部分設(shè)計策略實(shí)現(xiàn):
-減少自行車架壁厚,減少重量,優(yōu)化空氣流量
-通過內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)一方面為閥桿的外蒙皮提供強(qiáng)度和支撐,另一方面進(jìn)一步減輕重量。bike 3來主導(dǎo)。Simpleware是ScanIP軟件的開發(fā)商,當(dāng)配備Simpleware + CAD模塊時,程序可以生成晶格點(diǎn)陣圖案填充框架結(jié)構(gòu)。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(chǔ)上,只需要很小的額外開發(fā)成本。
拓?fù)鋬?yōu)化
在這方面,通過3D科學(xué)谷的市場觀察,英國的ROBOT BIKE CO(RBC)公司可以說是增材設(shè)計理念、拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)和增材制造技術(shù)三者相結(jié)合的受益者,他們通過這些技術(shù)開辟了高端山地自行車的定制業(yè)務(wù)。
RBC為滿足高端用戶的定制化需求,通過增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)山地車的定制服務(wù)。山地車的定制化生產(chǎn)要考慮到客戶自身的體重、身高、騎行風(fēng)格,并需要在客戶可接受的時間和成本內(nèi)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(diǎn)連接而成。鈦合金節(jié)點(diǎn)可根據(jù)騎行者自身的身高、體重、騎行方式等進(jìn)行定制。Altair除了對鈦合金節(jié)點(diǎn)進(jìn)行減重,更為簡化的車架設(shè)計和降低成本也是一項(xiàng)重要任務(wù)。Altair的設(shè)計團(tuán)隊(duì)通過Altair 公司的CAE 軟件進(jìn)行鈦合金連接點(diǎn)的拓?fù)鋬?yōu)化,包括分析每個連接點(diǎn)所承受的載荷,并調(diào)整其形狀和壁厚以及合理的進(jìn)行材料分布,最終在保持零件性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)輕量化。Renishaw 2

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


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