完整的自行车与3D打印钛合金框架和座椅后支架
图片来源:Renishaw plc
Renishaw是英国唯一一家制造打印金属部件的金属增材制造机器的制造商，它与一家领先的英国自行车设计和制造公司合作，创造了世界上第一个3D打印金属自行车框架。帝国自行车公司设计的山地车充分利用了雷尼绍的增材制造技术，使他们能够通过拓扑优化创造出既坚固又轻便的钛合金车架——新车架比原来的轻了33%左右。
该框架已添加在钛合金部分制造和粘合在一起。这提供了一些优势:
设计自由
建设
性能，钛合金
帝国周期
帝国自行车是一家独特的英国自行车设计和制造公司在英格兰西北部。公司热衷于使用伟大的英国工程技术来创造精英产品，为世界各地的山地自行车手和下坡爱好者提供创新的设计。
通过合作，雷尼绍和帝国自行车优化了增材制造的自行车设计，消除了许多向下的表面，否则需要浪费的支撑结构。
它有多强?
钛合金在使用增材制造加工时具有超过900 MPa的高极限拉伸强度(UTS)，并且达到了大于99.7%的近乎完美密度;这比铸造更好，因为任何孔隙都是小的球形，它对强度的影响很小。
该项目的目标是生产一辆功能齐全的自行车，因此座椅支架使用山地车标准EN 14766进行测试;它能承受5万次1200n的循环测试，持续测试6倍的标准，没有故障。
对完成的自行车车架的测试将继续进行，测试将在英国检验局的实验室进行，并与斯旺西大学合作在山腰上使用便携式传感器进行。
什么是拓扑优化?
拓扑优化软件来自希腊语中表示位置的“topo”，是用于确定材料“逻辑位置”的程序的术语，通常使用迭代步骤和有限元分析。材料从低应力区域移除，直到优化的承重设计被进化出来。最终的模型既轻(由于体积小)又结实。制造这些形状的历史挑战现在可以通过增材制造来克服，使物理3D模型得以实现。
它有多轻?
钛合金比铝合金密度大，相对密度分别在4 g/cm3和3 g/cm3左右。因此，使钛合金版本的部件比铝合金版本的部件更轻的唯一方法是显著改变设计，去除任何对部件整体强度没有贡献的材料。
原装铝合金座后支架360克，空心钛合金版200克，减重44%。
这只是第一次迭代;通过进一步的分析和测试，它可以进一步减少。
原来的自行车车架重2100克。经过重新设计，采用了增材制造，重量降至1400克，减轻了33%的重量。
现在有更轻的碳纤维自行车，但帝国自行车公司的总经理克里斯·威廉姆斯(Chris Williams)已经对此进行了研究，他说:“碳纤维的耐用性无法与金属自行车相比，它们非常适合公路自行车，但当你开始从山上摔下来时，你就有损坏车架的风险。我过度设计了我的自行车，以确保没有保修索赔。”
项目是如何管理的?
在找到雷尼绍之前，克里斯已经制作出了他现在的自行车的全尺寸3D打印复制品，所以他很清楚自己想要实现什么。
雷尼绍最初同意只优化和制造座椅支架，但在这被证明是成功的，决定整个框架是一个实际的目标。Chris在雷尼绍应用团队的指导下更新了他的设计，并对框架进行了分割，以充分利用AM250的300毫米建造高度。
帝国自行车的关键好处是这种施工方法所赋予的性能优势。该设计具有用于摩托车和汽车的压制钢“单体”结构的所有优点，而不需要对小型制造商望而却步的工具投资。
潜在性能尚未完全开发，但我们希望继续开发该项目。由于不需要工具，可以很容易地进行持续的设计改进;由于组件的成本是基于体积而不是复杂性，一些非常轻的部件将以最低的成本成为可能。
对粘接方法的研究导致Mouldlife提供粘合剂，技术专家3M提供测试设施。我们将进一步开展合作，研究粘合方法的迭代改进，例如特定的表面处理。
车轮、传动系统和完成自行车所需的部件由希望科技有限公司提供。
该项目强调，通过与客户密切合作，可以获得良好的结果。如果您有可以从增材制造中受益的组件，请与您当地的雷尼绍办公室联系以获取进一步信息。
如需更多信息，请访问http://www.renishaw.com。
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