采用 solidThinking Inspire® 设计世界首个 3D 打印自行车车架 - 掀起增材制造设计过程的变革热潮

借助拓扑优化使座杆重量减轻 45%

2014 年 3 月 25 日，Troy（美国密歇根州）– solidThinking 今日宣布在增材制造行业取得一项重大成果，预计将彻底改变未来零部件的设计和制造方式。作为英国唯一的金属式增材制造机器制造商，Renishaw 借助 solidThinking Inspire® 9.5 软件设计出了世界上首个 3D 打印金属自行车车架。该山地自行车由英国领先的自行车设计和制造公司 Empire Cycles 的 Chris Williams 设计，其间采用了 Renishaw 的增材制造技术，最终设计出既坚固又轻盈的钛金属车架。

Renishaw 使用了 Inspire 来执行拓扑优化和概念生成。Inspire 以载荷和支撑为输入，在封装空间内生成了一个全新的材料布局。借此不仅可以达到性能目标，还可最大程度地减轻重量。诸如 Inspire 这样一款工具与增材制造是紧密相关的，因为用它生成的组件设计可为制造提供最大的自由度，从而得到更坚固且更轻盈的组件。减量是这一项目的最终目标，而最终得到的零件要同时实现强度的最大化和重量的最小化。结果是，新座杆要比原始座杆轻 45%。

 “我们将座杆支架的重量从 360 克减至 200 克，而且所节省的重量不需要在其他部分进行补偿。我们还没有充分挖掘有限元分析的各种潜在作用，因为对于这样一个项目来说，这样做的工作量太大。我们所能做的是，尽可能拿出最优的设计方案，然后在车架上安装大量传感器，用于在现实环境中对自行车进行测试，测试过程中，我们采集了实际数据，再按照这些数据进行优化”，Renishaw 市场销售经理 Robin Weston 说。

“Renishaw 设计的座杆支架是对 solidThinking Inspire 和增材制造技术的一次真正意义上的变革性应用。将这一部件减重 45%，不仅有助于提升性能，还有助于削减材料成本，”solidThinking 项目经理 Andrew Bartels 表示，“看到像 Renishaw 这样的公司能突破传统制造方式的束缚，利用 Inspire 生成设计概念，我们感到格外高兴。”

由于仅在这一个组件上就实现了大幅减重，并且 Williams 还在设计上做了一些保留，所以应用范围一下子就扩大了。“我们考虑过对车架使用挤制或液压成形的铝管，甚至是碳纤维管，同时在三角形的拐角位置加入少量的钛，与此同时，我们也开始关注是不是还有其他的办法。”

据 Williams 解释，采用标准车架材料确实会限制设计的自由。“如果车架以铝制为主体材料，它在总重量中要占去 2100g，所以我们知道我们可以制作同样坚固，但重量要轻得多的组件。基于这样一个出发点，我们也确实想到了更多的办法，甚至设计出了所有主要的车架组件。由于不需要使用工具加工，所以可以轻松进行不间断的设计改进，而且因为组件成本只和体积有关，与复杂度无关，因此一些非常轻的零件只需要极低的成本。”

Renishaw 计划在今年 6 月 24 – 26 日于慕尼黑举行的欧洲 Altair 技术大会上展示其设计成果，届时也将展出 Empire 自行车。相关信息请参见：www.altairatc.com/europe。