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Empire Cycles_脚踏车金属骨架制作

钛合金骨架以积层制造技术打造,先分段制造,然后再行组装。

此制程具有以下优点:

设计自由度

• 快速迭代;弹性的制程在进入生产前都还能改良设计

• 可透过拓朴优化塑形(参阅下述)

• 将客制化与订作可能性作完美诠释,让一次性生产与批次生产同样容易

建筑

• 复杂的形状结合内部强化特性

• 中空结构

• 内建特色,例如骑士的姓名

效能,钛合金

• 座杆架的重量比铝合金版本轻44%

• 极为坚固 - 通过EN 14766 标准测试

• 耐腐蚀、使用寿命长

 

Empire Cycles

Empire Cycles 位于英国西北部,为一家独特的英国单车设计与制造公司。该公司使用一流的英式工程技术创造出顶尖产品,以无比的热情为全球越野自行车骑士和滑降竞速的自行车骑士提供创新的设计。

什么是拓朴优化?

“topo”一字起源于希腊,意为地点。拓朴优化软件泛指用来判断材料“逻辑位置”的程式,通常是透过反覆的步骤及有限的元素分析进行判断。其移除低应力部位的材料,直到研发出承载力最佳的设计。制造出来的机型轻(因为体积小)而坚固。

如今,积层制造已能克服过去在制造这些形状时面临的挑战,可具体呈现实体3D 机型。

Renishaw 与Empire Cycles 共同为积层制造打造出最优异的单车设计,对于面朝下的表面,减少了很多必需要建构支撑材的材料浪费。

产品有多坚固?

进行积层制造加工时,钛合金能承受900 MPa 以上的高度极限抗拉强度(UTS),且可达到99.7% 以上几乎完美的密度。积层制造比铸造品质佳,因为所有孔隙皆为小孔且呈现球状,对强度几乎没有影响。

专案的目标是要生产能充分发挥功能的单车,因此依据EN 14766 越野自行车标准,在1200 N 条件下对座杆架进行50000 圈测试。根据此标准进行的6 次测试,每次都成功。

脚踏车骨架成品将继续在英国必维国际检验集团的实验室和山腰上进行测试;此测试与斯旺西大学合作,使用可携式感测器来执行。

产品有多轻?

钛合金的密度比铝合金高,相对密度分别为4 g/cm3 与3 g/cm3。因此,唯一能让钛合金座杆架零件比铝合金座杆架零件轻的方法就是大幅改变设计,去除对整体零件强度没有助益的材料。

原本的铝合金座杆架为360 g,而中空钛金属座杆架为200,减轻了44% 的重量。这只是第一次迭代,之后将进行更多分析与测试来减少更多重量。

原本的脚踏车骨架为2,100 g。采用积层制造重新设计后,重量降到1,400 g,减轻了33% 的重量。脚踏车可使用较轻的碳纤维,但Empire Cycles 的执行董事Chris Williams 对此进行过研究,他表示:“碳纤维的耐久性无法与金属制造的脚踏车相比,碳纤维很适合制造公路车,但在骑车下山时,颠簸会让您面临脚踏车骨架损坏的风险。我对自己的脚踏车所作的高精细设计可以确保不会发生保固索偿。”

如何对专案进行管理?

在与Renishaw 合作之前,Chris 曾对目前自行车进行相同尺寸的3D 列印复制生产,因此Chris 对自己要达成的目标有很好的想法。

Renishaw 原本只同意优化及制造座杆架,但这部分经证明成功后,他认定改造整个骨架也是个可行的目标。Chris 在Renishaw 应用团队的制造指导下更新其设计。骨架经过拆解,因此能完全采用AM250 的300 mm 建造高度。

Empire Cycles 的主要利益在于此建造方法带来的效能优势。此设计具备汽机车冲压钢板“单体”构造所拥有的各项优点,使其不需投资在对小型制造商而言所费不赀的工具上。

现在仍有尚未完全开发的潜在效能,但我们希望能持续发展此专案。不需要工具的情况让持续改良设计变得简单。由于零组件的成本是由体积而非复杂度决定,因此可用最低的成本生产极轻的零件。

在黏合方法的研究方面,我们有Mouldlife 提供黏着剂和技术专员,并由3M 提供测试设备。我们将在进一步的合作关系上进行开发,持续检视黏合方法的改良,例如特定表面处理等。

生产自行车所需的车轮、传动系统和零组件则由Hope Technology Ltd. 提供。

此专案强调可透过与客户的密切合作来达到卓越的成果。如果您需要积层制造为您的零组件带来优势,请联络您当地的Renishaw 办事处了解更多资讯。

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