应用聚焦：自行车制造的 3D 打印

3D 打印为自行车制造领域增加了一个新维度，有助于制造轻型自行车，同时加快定制自行车部件的生产。

本周，我们将继续我们的 3D 打印应用聚焦系列，研究 3D 打印在自行车生产中的应用，以及它的优势和当前应用。

看看本系列中涵盖的其他应用程序：

热交换器的 3D 打印

轴承3D打印

用于数字牙科和透明矫正器制造的 3D 打印

用于医疗植入物的 3D 打印

3D 打印火箭和航天器制造的未来

用于鞋类制造的 3D 打印

电子元件的 3D 打印

铁路行业的 3D 打印

3D 打印眼镜

用于终端零件生产的 3D 打印

支架的 3D 打印

涡轮机零件的 3D 打印

3D 打印如何实现性能更好的液压元件

应用聚焦：3D 打印如何支持核电行业的创新

是什么让 3D 打印非常适合自行车制造？

钢铁历来是自行车生产的首选材料。然而，近年来，这已经让位于钛和碳纤维等轻质材料，除其他好处外，它们还有助于减轻自行车车架的整体重量。

拥有轻便的自行车可为骑自行车者带来一系列好处。首先，它使骑自行车的人能够达到更快的速度并更轻松地上坡。其次，自行车的重量越轻，运输和携带就越容易。最后，更轻的自行车在骑行时更容易控制，并且可以更快地对骑手的动作做出响应——为有竞争力的自行车手提供了关键优势。

然而，使用传统制造方法制造钛或碳纤维自行车具有挑战性，尤其是因为耗时且通常是劳动密集型的制造过程。例如，碳纤维自行车车架由多件制成，需要工匠手动制造每一件。钛框架的生产同样需要手工操作，需要花费数小时将框架组件焊接和加粗。

另一方面，3D 打印提供了一种更好的方法来生产钛和碳纤维部件。

首先，3D 打印是一种使用 3D CAD 模型的数字制造过程，这意味着可以直接生产零件，无需专门的工具。

此外，3D 打印可以潜在地帮助自行车制造商节省时间并加快上市时间。此外，自行车设计师可以探索更多传统制造方法无法实现的设计选项。

除了车架外，3D 打印还可用于制造功能性自行车部件，如车把、链条保持器、挂钩（车架或前叉上的小凸块，轮轴连接处）和凸耳（用于将车架连接到自行车不同部分的零件）。

3D 打印对自行车生产的好处

设计灵活性

3D 打印的最大优势之一是它提供的设计灵活性——这使得它对自行车制造商特别有吸引力。通过 3D 打印，自行车制造商可以设计形状复杂的零件，否则这些零件是无法生产的。这使他们有机会通过设计轻质零件来优化自行车性能。这可以通过拓扑优化软件和晶格结构来实现。

拓扑优化软件使用复杂的算法来优化零件的材料分布。这意味着，根据特定参数，软件将确定可以在不影响零件强度的情况下去除材料的区域。

例如，英国自行车制造公司 Empire Cycles 与 3D 打印机制造商 Renishaw 合作，打造了经过拓扑优化的钛合金自行车车架。雷尼绍开发了一种新的框架设计，比原来的轻 33%。优化的设计具有中空结构和定制元素，这些元素成本过高，并且几乎无法通过传统工艺实现。

经济实惠的定制

在自行车制造方面，定制具有很大的价值。定制不仅有助于为自行车的设计增添独特的风格，更重要的是，它还可以增强自行车本身的性能。

3D 打印提供的设计灵活性与经济高效地定制自行车零件的能力齐头并进，部分原因在于免工具生产。

在一个案例研究中，自行车工程公司ideas2cycles使用ExOne的金属3D打印机创建了一套钢制3D打印定制自行车零件。这些零件包括凸耳、支架、挂钩和前叉冠。

生产个性化的自行车部件需要大量的体力劳动，因为每种设计都是独一无二的，而且专用工具很昂贵。对于ideas2cycles这样的小公司来说，如果使用传统方法，成本会高得令人望而却步。

但是，由于采用了 ExOne 的金属粘合剂喷射技术，零件的制造时间为 4 天，而不是传统上创建熔模铸造模型和手动修改零件所需的 3 到 4 周。此外，3D 打印将制造成本降低了 50% 以上，从每个组件 1,000 美元（包括人工）减少到 425 美元。

使用金属 3D 打印直接生产零件不仅节省了时间和金钱，而且更重要的是，ideas2cycles 的设计师能够专注于设计的创意方面，而不受传统制造的限制。

更快的上市时间

对于由碳纤维制成的自行车，3D 打印可以显着缩短交货时间。

例如，传统复合材料自行车车架的设计、原型制作和制造过程可能需要近一年的时间。此外，制造过程非常手动且耗时。框架可以由 20 到 30 个部件组成，这些部件是通过手工将复合材料片分层制成的。这种多步骤和劳动密集型的过程通常反映在产品的高成本上。

另一方面，3D 打印的碳纤维车架使自行车制造商能够缩短和简化非常将新自行车推向市场的漫长过程。

Arevo 是一家开发复合 3D 打印技术来生产碳纤维自行车车架的公司。

Arevo 将碳纤维电动自行车的设计和生产时间从几个月缩短到几天

精品自行车制造商 Franco Bicycles 推出了新的电动自行车系列，其特点是由总部位于加利福尼亚的初创公司 Arevo 制造的 3D 打印复合车架。作为 Emery 自行车系列的一部分，Emery ONE 电动自行车采用了该车架，使其成为世界上第一辆带有 3D 打印车架的自行车。

3D 打印碳纤维车架生产背后的独特之处之一是，它是作为单个零件制造的，而不是传统自行车车架典型的多件式组装。实现这一目标的是 Arevo 专有的机器人 3D 打印工艺和获得专利的生成设计软件。

在生产之前，Arevo 的软件会优化 CAD 设计并允许自定义框架属性。

“[使用软件工具]我们可以调整自行车某些区域的刚度，并在需要时根据需要实现更加有弹性的骑行，”Arevo 的联合创始人兼首席执行官 Wiener Mondesir 说. “一个 3D 打印的车架……为一个习惯了将新自行车推向市场的漫长过程的行业开辟了一种新的商业模式。”

一旦设计获得批准，就可以由 Arevo 的机器人 3D 打印机使用连续碳纤维增强的 PEEK 长丝生产。打印机的特点是打印头连接到六轴机械臂。

通过移动机械臂，打印头可以连续沉积材料，以确保部件的增强性能。这种方法创造了一个在所有三个维度上都具有均匀强度的一体式车架。

多亏了这一过程，Emery ONE 自行车车架的交货时间已从 18 个月的周期缩短到仅几天。此外，该公司还能够显着降低产品开发成本。

通过 3D 打印革新自行车制造

3D 打印为自行车生产提供了一系列独特的好处，这就是为什么少数专业自行车制造商已经将 3D 打印组件集成到他们的产品中的原因。

除了我们已经提到的那些，英国雷诺兹公司使用金属3D打印来生产个性化的不锈钢和钛框架部件。该公司表示，3D 打印使其能够制造出边缘更干净、公差更严格的零件，从而简化了耗时的装配过程。

然而，我们距离自行车行业大规模生产 3D 打印还有一段距离。目前，3D 打印主要用于一次性项目，如定制的高端自行车，其定制优势可以真正发挥作用。

也就是说，3D 打印可以生产更复杂的形状铸造或锻造是不可能的。最终，在自行车生产中利用 3D 打印可转化为美观、轻便且性能更高的自行车。

在我们的下一篇文章中，我们将介绍牙科中的 3D 打印行业，特别是透明矫正器。敬请期待！