增材制造在定制自行车行业大放异彩

　　确保手工制作的钛自行车零件的一致性和质量并不容 易，需要精湛技巧，耗时耗力。Angel Cycle Works 要求Optimus3D 提供金属增材制造解决方案，以完全统 一的质量标准生产小批量的自行车阀杆组件。

　　背景

　　Optimus3D 提供增材制造全过程解决方案，为众多 领域的企业提供支持服务，其中包括航空航天、汽车、工 业和医疗。在提供的服务中有端到端的解决方案，同时也 包括组件设计、原型和批量生产、后处理等。

　　Optimus3D 总部位于西班牙北部的维多利亚市阿拉 瓦科技园Gasteiz，公司服务于国际和本地客户，让他们 接触到新一代的3D 打印机和软件。凭借在增材制造方面 积累的专业知识，该公司可为客户实现降低组件复杂性、 重量和成本，提高组件质量和可靠性。

　　西班牙公司Angel Cycle Works 是一家国际知名的自 行车车架制造商和零部件制造商。公司的主要产品是手工 制作定制的自行车钛金属框架和组件，用于公路、碎石、 山地和越野的复杂环境。生产高品质、高强度的自行车部 件依赖于主要从事手工焊接和小批量生产，Angel CycleWorks 热衷于研发增材制造的生产工艺。

　　Optimus3D 项目负责人Pablo Capellan 说：“我们在 金属增材制造方面获取的专业知识，在很大程度上要归功于 对现代制造业和逆向工程的深入了解，这也意味着我们可以 更容易地满足客户对3D 打印工艺的要求，充分使用增材制 造的全部功能。”

　　挑战

　　从根本上来看，Angel Cycle Works 在手工制造钛阀杆 组件时面临的挑战与原材料有关。事实证明，钛是一种不太 容易使用的材料。尤其在手工焊接时，组件的完整性可能 会发生变形，并且完全符合3D CAD 模型变得也非常困难。 Pablo Capellan 继续说道，即使涉及替代的增材制造工艺， 无论是通过分层熔化金属还是沿路径沉积构建部件，钛金属 仍然给加工过程带来不小的挑战。

　　为了批量生产组件，最大化增材制造的生产力是 Optimus3D 的另一个关键标准。它不仅需要保证组件的完 全准确性和可靠性，还需要确保每个构建步骤中都能产生最 大数量的组件，已获得成本效益。

　　解决方案

　　Optimus 3D 提议使用雷尼绍RenAM 500S 单激光增材 制造系统。它专为粉末床融合（也称为激光熔化）构建金属 部件而设计，构建体积为250mm×250mm×350mm。对 于Angel Cycle Works 自行车部件来说，重要的是雷尼绍系 统一流的惰性制造气氛（充满高纯度氩气的真空）确保了所 有合格金属的高质量构建环境，包括钛Ti6AI4V。

　　考虑到组件的结构和尺寸，在垂直方向上构建通常是首 选。然而，认识到潜在的变形问题和最大限度提高生产率的 需要，Optimu3D 选择在水平方向进行堆积。

　　“我们的想法很简单。通过水平制造组件，最大限度地减 少生产特定批次的自行车零件，帮助Angel Cycle Works实现 预算目标。这意味着我们能够更好地测量和处理变形，因为阀 杆组件又长又细，尺寸为35mm×20mm×115mm。”Pablo Capellan解释道。

　　正如预期的那样，直接从CAD 文件导出并采用水平制 造的方式生产组件，在最脆弱的区域会产生0.375mm 的扭 曲变形。为了消除这个缺陷，Optimus3D 与雷尼绍的工程 师合作，研发出基于有限元模拟的解决方案。

　　雷尼绍应用工程师Alex Garcia 解释说，通过第三方软 件Simufact Additive 可以完美模拟RenAM 500S 系统的粉 末床熔合过程，从而确定使用精确补偿系数准确地“预扭曲” 组件设计。

　　结果

　　使用金属增材制造，Angel Cycle Works 能够生产出以 前手工制作的钛自行车阀杆组件，确保组件质量的高度一致 性，同时还改进了其重量和强度特性，能够更好地满足客户 对组件生产数量的动态要求。

　　这种创新的金属增材制造解决方案意味着RenAM 500S 系统上的每个构建体积都能够一次连续3D 打印多达50 个 相同的组件，完全可以实现非常短的交货期。组件成本的大幅下降直接导致了供应链的精简。