確保手工制作的鈦自行車零件的一致性和質(zhì)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(zhì)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(lǐng)域的企業(yè)提供支持服務(wù)，其中包括航空航天、汽車、工業(yè)和醫(yī)療。在提供的服務(wù)中有端到端的解決方案，同時也包括組件設(shè)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(wù)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(fù)雜性、重量和成本，提高組件質(zhì)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(fù)雜環(huán)境。生產(chǎn)高品質(zhì)、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 Cycle Works 熱衷于研發(fā)增材制造的生產(chǎn)工藝。
Optimus3D項目負責(zé)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(guān)。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(gòu)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(guān)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(gòu)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(gòu)建金屬部件而設(shè)計，構(gòu)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(zhì)量構(gòu)建環(huán)境，包括鈦Ti6AI4V。

考慮到組件的結(jié)構(gòu)和尺寸，在垂直方向上構(gòu)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(yù)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?！盤ablo Capellan解釋道。

正如預(yù)期的那樣，直接從CAD文件導(dǎo)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(yīng)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(yù)扭曲”組件設(shè)計。

結(jié)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(zhì)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(gòu)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(dǎo)致了供應(yīng)鏈的精簡。