確保手工制作的鈦自行車零件的一致性和質量并不容 易，需要精湛技巧，耗時耗力。Angel Cycle Works 要求Optimus3D 提供金屬增材制造解決方案，以完全統(tǒng) 一的質量標準生產(chǎn)小批量的自行車閥桿組件。

　　背景

　　Optimus3D 提供增材制造全過程解決方案，為眾多 領域的企業(yè)提供支持服務，其中包括航空航天、汽車、工 業(yè)和醫(yī)療。在提供的服務中有端到端的解決方案，同時也 包括組件設計、原型和批量生產(chǎn)、后處理等。

　　Optimus3D 總部位于西班牙北部的維多利亞市阿拉 瓦科技園Gasteiz，公司服務于國際和本地客戶，讓他們 接觸到新一代的3D 打印機和軟件。憑借在增材制造方面 積累的專業(yè)知識，該公司可為客戶實現(xiàn)降低組件復雜性、 重量和成本，提高組件質量和可靠性。

　　西班牙公司Angel Cycle Works 是一家國際知名的自 行車車架制造商和零部件制造商。公司的主要產(chǎn)品是手工 制作定制的自行車鈦金屬框架和組件，用于公路、碎石、 山地和越野的復雜環(huán)境。生產(chǎn)高品質、高強度的自行車部 件依賴于主要從事手工焊接和小批量生產(chǎn)，Angel CycleWorks 熱衷于研發(fā)增材制造的生產(chǎn)工藝。

　　Optimus3D 項目負責人Pablo Capellan 說：“我們在 金屬增材制造方面獲取的專業(yè)知識，在很大程度上要歸功于 對現(xiàn)代制造業(yè)和逆向工程的深入了解，這也意味著我們可以 更容易地滿足客戶對3D 打印工藝的要求，充分使用增材制 造的全部功能。”

　　挑戰(zhàn)

　　從根本上來看，Angel Cycle Works 在手工制造鈦閥桿 組件時面臨的挑戰(zhàn)與原材料有關。事實證明，鈦是一種不太 容易使用的材料。尤其在手工焊接時，組件的完整性可能 會發(fā)生變形，并且完全符合3D CAD 模型變得也非常困難。 Pablo Capellan 繼續(xù)說道，即使涉及替代的增材制造工藝， 無論是通過分層熔化金屬還是沿路徑沉積構建部件，鈦金屬 仍然給加工過程帶來不小的挑戰(zhàn)。

　　為了批量生產(chǎn)組件，最大化增材制造的生產(chǎn)力是 Optimus3D 的另一個關鍵標準。它不僅需要保證組件的完 全準確性和可靠性，還需要確保每個構建步驟中都能產(chǎn)生最 大數(shù)量的組件，已獲得成本效益。

　　解決方案

　　Optimus 3D 提議使用雷尼紹RenAM 500S 單激光增材 制造系統(tǒng)。它專為粉末床融合（也稱為激光熔化）構建金屬 部件而設計，構建體積為250mm×250mm×350mm。對 于Angel Cycle Works 自行車部件來說，重要的是雷尼紹系 統(tǒng)一流的惰性制造氣氛（充滿高純度氬氣的真空）確保了所 有合格金屬的高質量構建環(huán)境，包括鈦Ti6AI4V。

　　考慮到組件的結構和尺寸，在垂直方向上構建通常是首 選。然而，認識到潛在的變形問題和最大限度提高生產(chǎn)率的 需要，Optimu3D 選擇在水平方向進行堆積。

　　“我們的想法很簡單。通過水平制造組件，最大限度地減 少生產(chǎn)特定批次的自行車零件，幫助Angel Cycle Works實現(xiàn) 預算目標。這意味著我們能夠更好地測量和處理變形，因為閥 桿組件又長又細，尺寸為35mm×20mm×115mm。”Pablo Capellan解釋道。

　　正如預期的那樣，直接從CAD 文件導出并采用水平制 造的方式生產(chǎn)組件，在最脆弱的區(qū)域會產(chǎn)生0.375mm 的扭 曲變形。為了消除這個缺陷，Optimus3D 與雷尼紹的工程 師合作，研發(fā)出基于有限元模擬的解決方案。

　　雷尼紹應用工程師Alex Garcia 解釋說，通過第三方軟 件Simufact Additive 可以完美模擬RenAM 500S 系統(tǒng)的粉 末床熔合過程，從而確定使用精確補償系數(shù)準確地“預扭曲” 組件設計。

　　結果

　　使用金屬增材制造，Angel Cycle Works 能夠生產(chǎn)出以 前手工制作的鈦自行車閥桿組件，確保組件質量的高度一致 性，同時還改進了其重量和強度特性，能夠更好地滿足客戶 對組件生產(chǎn)數(shù)量的動態(tài)要求。

　　這種創(chuàng)新的金屬增材制造解決方案意味著RenAM 500S 系統(tǒng)上的每個構建體積都能夠一次連續(xù)3D 打印多達50 個 相同的組件，完全可以實現(xiàn)非常短的交貨期。組件成本的大幅下降直接導致了供應鏈的精簡。

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