利用金属增材制造技术打造定制化山地自行车

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1、利用金属增材制造技术打造定制化山地自行车借助雷尼绍金属增材制造技术，RobotBike公司能够根据骑手的体型和骑行风格，生产定制化新型山地自行车。背景20世纪90年代末，自行车运动的狂热爱好者EdHaythornwaite结识了两位志同道合的朋友—当时还在巴斯大学求学的BenFarmer和BenArnold，这便是RobotBike公司故事的开端。“当年，我们绝大部分业余时间都花在自行车运动上了，”Ed回忆道，“即使没在骑行，我们也在聊有关自行车的话题，不停地讨论怎样改进，做出秒杀当时市面上所有自行车的车型。”2012年，BenFarmer灵感迸发，他想到了一个全新设计，这一设计后来演变

2、成RobotBike公司目前正在生产的新型车型之一。他结合自己在复合材料行业和增材制造领域的专业背景知识，形成了利用这两种技术打造一款“终极”自行车的梦想，这样的自行车正是他们在学生时代便开始憧憬的。这一新型设计使用一套碳纤维增强型车架管制造车架，并用钛合金管托做连接。这种方法充分利用了这两种材料的优势。碳纤维增强型车架管非常适合用在载荷稳定、结构简单的车架位置，而钛合金能够完美驾驭车架上载荷多变的复杂区域。BenFarmer当时只对增材制造有一些粗浅了解，他深知自己需要邀请一位资深增材制造专家来实现他的梦想。于是，他邀请他在空中客车公司的前同事AndyHawkins加入了他们，成为公司

3、的第四位合伙人。挑战大多数高端山地自行车的车架都是使用碳纤维增强型树脂制成的。由于车架必须制模，因此即使最昂贵的山地自行车通常也只有两三种车型可选。除非骑手特别幸运，否则他就必须得忍受跟自己体型不匹配的车型，而车型是否合适正是决定骑手成绩和骑乘感受的一个重要因素。RobotBike公司打破了这一禁锢，为每位客户量身打造出自己专属的山地自行车。他们实现了钛合金连接件的多样化角度设计，再加上车架管各个节段的多种长度选择，就可以根据每位客户的体型制造出一辆独一无二的自行车。毋庸置疑的是，增材制造技术是生产定制山地自行车所需各式独特部件的不二选择。但是，这就要求钛合金部件必须坚固耐用，能够长期承

4、受复杂多变的载荷，它还必须极致轻巧，并且牢固地连接到车架管上，以满足完美骑乘的需要。解决方案为了将这一新型设计理念变成现实，RobotBike公司与Altair、HiETA和雷尼绍结成了合作伙伴。通过与Altair合作，RobotBike公司可以利用Altair的拓扑优化专业知识优化设计，在给定的载荷和边界条件内创造出重量最轻的设计。拓扑优化是一种在给定空间内优化材料布局的数学方法，它与增材制造是一对完美搭档，二者结合之后，通过软件生成的很多精妙无比的设计理念第一次可以制成实物。在优化车架设计的同时，通过与HiETA合作，RobotBike公司开发出一套为每位客户定制最佳车型设计的通用方

5、法。三家公司强强联手，使用高级CAD和模拟工具为山地自行车设计打造出了一个参数化CAD引擎。RobotBike公司官网上已内置该引擎，客户只需非常简单地输入所需的体型数据，它就可以迅速地自动生成贴合骑行者需求的定制化设计。然后就可以在雷尼绍增材制造解决方案中心的高级金属增材制造系统上制造软件生成的部件了。这些解决方案中心均设有试验生产专区，供增材制造用户在雷尼绍专业工程师和技术人员的指导下，在专用的雷尼绍增材制造系统上验证制程和试制部件。定制车架的生产流程从RobotBike公司网站上的自行车设计软件生成的定制化CAD几何模型开始。随后，这些形状参数被导入雷尼绍的QuantAM加工文件处

6、理软件，利用该软件为每个零件选择最优方向，并添加完成加工成型必需的支撑结构。在软件内部，将每辆自行车用到的全部十一个管托连同支撑结构组合到一起，以便在一次加工过程中完成制造。这一制程完成后，将载有11个部件的加工托盘从这个激光粉末床熔化系统上卸下，然后进行热处理。随后将各个部件从加工托盘上逐一剥离下来。某些管托需要通过精加工来达到精密承载要求。这些制程也是在雷尼绍解决方案中心内完成的，并且使用了雷尼绍的机内测头测量系统进行设定和控制。最后，在坐标测量机上再次使用雷尼绍测头检测每个部件，至此，整个制程结束。结果增材制造技术使得自行车定制成为可能，正是因为这一点，RobotBike公司的CE

7、OEdHaythornthwaite将自家公司比作自行车界的“萨维尔街”（译者注：萨维尔街是英国伦敦西区顶级裁缝店的集中区，以制作传统的男士定制服装而闻名）。这一新型设计方法获得了自行车行业媒体的广泛报道，其中，全球最知名的山地自行车网站PinkBike将其誉为“近十年最受瞩目车型”。最近，RobotBike公司生产的一辆山地自行车样车通过了一项欧盟最新颁布的EN标准测试：EN14766。这项认证要求每家制造商提供其自行车或车架完成