確保手工制作的鈦?zhàn)孕熊?chē)零件的一致性和質(zhì)量并不容 易，需要精湛技巧，耗時(shí)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(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)小批量的自行車(chē)閥桿組件。

　　背景

　　Optimus3D 提供增材制造全過(guò)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(chē)、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(shí)也 包括組件設(shè)計(jì)、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(guó)際和本地客戶(hù)，讓他們 接觸到新一代的3D 打印機(jī)和軟件。憑借在增材制造方面 積累的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，該公司可為客戶(hù)實(shí)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(guó)際知名的自 行車(chē)車(chē)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(chē)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(qiáng)度的自行車(chē)部 件依賴(lài)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人Pablo Capellan 說(shuō)：“我們?cè)?金屬增材制造方面獲取的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在很大程度上要?dú)w功于 對(duì)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(mǎn)足客戶(hù)對(duì)3D 打印工藝的要求，充分使用增材制 造的全部功能?！?/p>

　　挑戰(zhàn)

　　從根本上來(lái)看，Angel Cycle Works 在手工制造鈦閥桿 組件時(shí)面臨的挑戰(zhàn)與原材料有關(guān)。事實(shí)證明，鈦是一種不太 容易使用的材料。尤其在手工焊接時(shí)，組件的完整性可能 會(huì)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(shuō)道，即使涉及替代的增材制造工藝， 無(wú)論是通過(guò)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(guò)程帶來(lái)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(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。它不僅需要保證組件的完 全準(zhǔn)確性和可靠性，還需要確保每個(gè)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(zhuān)為粉末床融合（也稱(chēng)為激光熔化）構(gòu)建金屬 部件而設(shè)計(jì)，構(gòu)建體積為250mm×250mm×350mm。對(duì) 于Angel Cycle Works 自行車(chē)部件來(lái)說(shuō)，重要的是雷尼紹系 統(tǒng)一流的惰性制造氣氛（充滿(mǎn)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(rèn)識(shí)到潛在的變形問(wèn)題和最大限度提高生產(chǎn)率的 需要，Optimu3D 選擇在水平方向進(jìn)行堆積。

　　“我們的想法很簡(jiǎn)單。通過(guò)水平制造組件，最大限度地減 少生產(chǎn)特定批次的自行車(chē)零件，幫助Angel Cycle Works實(shí)現(xiàn) 預(yù)算目標(biāo)。這意味著我們能夠更好地測(cè)量和處理變形，因?yàn)殚y 桿組件又長(zhǎng)又細(xì)，尺寸為35mm×20mm×115mm?！盤(pán)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(huì)產(chǎn)生0.375mm 的扭 曲變形。為了消除這個(gè)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(shuō)，通過(guò)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(guò)程，從而確定使用精確補(bǔ)償系數(shù)準(zhǔn)確地“預(yù)扭曲” 組件設(shè)計(jì)。

　　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?zhàn)孕熊?chē)閥桿組件，確保組件質(zhì)量的高度一致 性，同時(shí)還改進(jìn)了其重量和強(qiáng)度特性，能夠更好地滿(mǎn)足客戶(hù) 對(duì)組件生產(chǎn)數(shù)量的動(dòng)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(gè)構(gòu)建體積都能夠一次連續(xù)3D 打印多達(dá)50 個(gè) 相同的組件，完全可以實(shí)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(jiǎn)。

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