本質上，自行車是一種極其簡單的設計。兩個三角形構成了一個框架，兩個圓圈代表輪子，還有一些其他部件幫助騎手加速、減速和轉向。

雖然這些基本原則自19世紀後期以來沒有太大變化，但在隨後的幾十年裏，每個組件的設計都經過了改進、反思和更新。與此同時，自行車車架材料已經從鋼鐵轉向鋁、碳纖維、鈦等等。

但是我們即將進入一個新時代嗎？隨著3D列印被譽為製造業的最新進步，一些產品已經進入市場——從鞍座和專業定制零件等組件，到成熟的自行車車架.

然而，3D列印是傳統製造方法的可行替代方案嗎？這對自行車技術的未來意味著什麼？

什麼是3D列印？

3D列印一層一層地創造出一個產品——無論是自行車零件還是一副假牙。 Getty Images

3D列印，或者給它一個合適的名字叫增材製造，確實和它在罐子上說的一樣。這種設計不是像數控加工等銑削工藝那樣，從一塊材料上雕刻出某樣東西，而是一層一層超薄地構建起來。

這一切都始於一個3D CAD(電腦輔助設計)模型，它被分割成每個單獨的層。這被編程到3D印表機中——一種立方體形狀的機器，看起來與標準的2D印表機沒有太大不同。

在雷射光束掃描第一層的路徑之前，一層薄薄的粉末塗層(通常是自行車行業中的金屬，如鈦)被鋪在印表機的底座上——熱量固化了它接觸的點，而沒有接觸的區域則成為粉末。

然後添加另一層粉末，重複該過程，隨著產品從底層向上構建直到最終層完成，各層彼此融合。

3D列印建築技術正被用於在德國建造一個伺服器倉庫。 亞曆克斯·克勞斯/彭博/蓋蒂圖片社

3D列印為什麼有用？

阿澤頓自行車公司使用3D列印技術來製造它的鈦金屬凸耳。 丹·格裏菲斯/我們的媒體

這種新的製造工藝的好處很多，但自行車產品設計師採用它的一個主要原因是因為它的原型潛力。

一旦在電腦上設計出一個組件，它就可以被送到3D印表機上生產，而不需要模具或工具投資。

如果需要任何修改，可以在使用同一臺機器重新列印之前在螢幕上進行修改——沒有必要為每個新版本製作不同的模具或投資工具。

每個部件的精確模型成為3D印表機遵循的指令。 丹·格裏菲斯/我們的媒體

“如果我們用傳統方法，你會在鋁騾子上做開發工作，然後把它變成碳框架，然後你就可以生產了，”阿澤頓自行車公司的設計負責人羅布·高威說碳纖維車架設計上的3D列印鈦表耳.

“[3D列印]的美妙之處在於，我們可以開發原型，並將其改進到一個非常高的水準，然後知道這種特性正是我們將在生產模型中看到的。”

Fizik的產品經理亞曆克斯·洛卡泰利(Alex Locatelli)表示，這也有助於加快流程，節省組件開發時間。

Fizik是目前提供3D列印自行車鞍座的眾多品牌之一。 菲齊克

“那個心大星對埃沃莫是我們學會使用該技術的產品，而[3D列印]讓我們在兩到三周內進行了100多次迭代。"

洛卡泰利估計，使用傳統方法，同樣的過程可能需要“10年時間來進行微調”，他補充說，“每當你需要修改一個模具時，都需要幾周到一個月的時間”。

儘管洛卡泰利表示，列印的馬鞍原型“可能在100米後很容易斷裂”，但在其他情況下，如果樣品沒有受到強烈的壓力，製造商已經能夠在實地開始測試，同時仍然可以完善成品。

傑蘭特·托馬斯的新招牌SunGod GTs是一個典型的例子，威爾士人在2023 Giro d'Italia的第一周展示了3D列印的框架，然後在第一個休息日轉向完全成型的生產樣品。

SunGod使用3D列印技術快速製作了新款GTs太陽鏡的原型。 查理·艾倫比/我們的媒體

SunGod的產品負責人Ed Watkiss表示，列印框架的尼龍材料比最終版本中使用的回收TR90塑膠聚合物“更脆”，但最終3D列印的原型“表現得非常接近實際”，這使得Thomas可以將Giro用作最終的測試場地。

3D列印對於製造定制規格的物品，或者為專業騎手製造小批量的利基產品也很有用。

例如，Ineos-Grenadiers團隊的頂級騎手就使用3D列印的計時延長賽。每套都是為單個騎手定制的，延伸部分的形狀與騎手的前臂和計時賽位置相匹配。

Filippo Ganna的Pinarello Bolide F HR的車把是由3D列印的鈦製成的。 喬治·斯科特/我們的媒體

Filippo Ganna的3D列印Pinarello F HR 3D小時記錄自行車還展示了一套獨特的計時延長裝置，專為該自行車和他的個人騎行位置而設計。

同樣的，Bastion Cycles生產3D列印的把立、車把和曲柄與澳大利亞自行車協會及其奧林匹克場地自行車隊合作。

鑒於其一次性設計或難以置信的利基使用場景，這些產品在精英體育領域之外幾乎沒有商業價值，因此使用其他建築方法可能在經濟上不可行。

Bastion為澳大利亞田徑隊開發了3D列印的把立、車把和曲柄。 堡壘

非常適合生產？

不過，這項技術並不僅限於原型製作，許多品牌也已經轉向3D列印進行全面生產。

一些3D列印產品很容易被發現——看起來很前衛神話Elix莖例如，在它主要是中空的結構上有大洞。

一些3D列印產品旨在立即吸引眼球。

其他的，比如西爾卡鈦夾板更微妙的是，重新想像標準形狀，試圖將強度重量比推到極限。

雖然我們採訪的專家認為一些產品只不過是行銷噱頭，但也有3D列印比傳統製造方法更好的選擇。

與傳統方法相比，使用3D列印製造的部件可以更好地處理複雜、多方向的負載，”阿澤頓自行車公司的Gowe解釋道。

阿澤頓自行車公司的Rob Gowe表示，3D列印可以精確製造複雜零件。 丹·格裏菲斯/我們的媒體

他引用了該品牌自行車上使用的中軸外殼作為一個很好的例子:“你可以從踏板、震動和連杆機構獲得來自所有不同方向的力——拉、扭和彎。

“碳在處理這種複雜的載荷情況時非常糟糕，在處理複雜的形狀時也非常糟糕。”

Gowe說，另一個好處是它可以讓你自由地創造出具有很高強度重量比的形狀。“你可以將材料準確地放在你想要的地方，以處理該部分正在經歷的非常特殊的壓力，”他補充道。

“在更傳統的方法中，比如CNC加工，你必須讓刀具進入並去除材料。”

根據Fizik的說法，3D列印馬鞍的蜂窩狀結構可以減少60%的壓力。 菲齊克

這種優勢不僅限於金屬印刷，正如Fizik的3D列印鞍座所示。

襯墊是由碳纖維複合材料製成的，這種複合材料被印刷成蜂窩狀的網格結構。

洛卡泰利聲稱，與標準的非3D列印模型相比，這對於鞍座的“反彈和阻尼振動需求特別好”，峰值壓力平均降低約60%。

他補充說，壓力映射工具已經表明，它也可以改善鞍座上的平衡，最大限度地減少賽車尖端的動力傳遞損失。

降低准入門檻

如果你認為所有這些聽起來都很昂貴，那你就對了。

然而，對於一些規模較小的製造商來說，通過本地化生產和向那些無法投資於在傳統供應鏈中競爭所需的工具、模具和庫存的公司開放市場，這種方法可能比其他方法成本更低。

阿澤頓自行車公司與英國雷尼紹公司密切合作。 丹·格裏菲斯/我們的媒體

英國3D印表機製造商Renishaw的高級增材製造應用工程師Ben Collins說:“一些客戶說這是分散的零件生產英國隊的希望。2020年東京奧運會場地自行車.

"製造商可以對接世界各地的機器，在不同的地區製造不同的零件."

Gowe表示，3D列印的這一優勢使阿澤頓自行車公司的長期計畫成為可能，並融入其中。

Renishaw還與Hope合作開發了引人注目的HB。英國隊的場地自行車。 米克·柯克曼/即時媒體

“我們希望總是在產品使用的地方生產。我們可以在北美擁有一臺印表機和一個非常小的團隊，例如，為北美市場列印零件，而不是在世界各地運輸三次。”

生產的流動性也使公司能夠應對新的標準或變化，而不會留下突然過時的庫存。

“我們按訂單生產，因此我們可以不斷更新我們的產品——例如[SRAM] UDHGowe補充道:“當它出現時，你不必廢棄它，重新開始。

3D列印的局限性

增材製造顯然有很多好處。但是如果它真的這麼好，為什麼我們不騎著看起來像是直接從Tron出來的自行車到處跑呢？

雖然第一台商用3D印表機是在20世紀90年代推出的，但它仍然是一項相對較新的技術。雖然有小規模的優勢，但如果你想為大眾市場推出列印產品，3D列印也會帶來令人眼紅的成本。

雖然這是一項快速發展的技術，但3D印表機的價格仍然高得令人望而卻步。 Getty Images

雖然與其他形式的原型製作相比，3D列印相對較快，但它是一個相當緩慢且勞動密集型的過程。“我們只有一臺Renishaw印表機，”Gowe說。“目前，為一輛自行車製造一套凸耳需要大約18個小時，所以這對我們一年能製造多少輛自行車來說是一個非常嚴格的限制。

“無論你有一臺印表機還是10臺印表機，18個小時都是一段很長的時間。”

一旦產品被3D列印出來，那麼，根據設計的複雜程度和產品的最終用途，它可能必須在烤箱中烘烤；從構建板上切下；移除在印刷過程中用於散熱和支撐的整體結構；挨槍子兒；並有任何軸承螺紋和配合數控加工之前，它的清潔和檢查準備其最終用途。

Renishaw的Collins說:“很多人認為一旦你列印了一個零件，它就完成了，但這幾乎是整個過程的開始。”。

Fizik的Alex Locatelli表示，該品牌在其3D列印鞍座上使用的蜂窩結構的尺寸和形狀方面受到限制。 菲齊克

鞍墊或太陽鏡等小部件所需的複雜設計也是目前該技術的最高水準。Fizik的Locatelli解釋說:“我們在蜂窩結構和可以使用的蜂窩尺寸方面有一點限制。

然而，投資技術是進入的最終障礙。“要使它在商業上可行，它必須有合理的製造成本，這是目前的問題——材料成本非常昂貴，機器成本非常昂貴，還有安裝成本——你需要購買空間，你需要創建輔助設備，”柯林斯解釋說。

這就是為什麼像SunGod這樣的公司使用第三方機構，也是為什麼它沒有計畫在不久的將來改變這一點。Watkiss說:“現在3D列印技術發展如此之快，我們買一臺三年後就會更新的機器是沒有意義的。”

像許多品牌一樣，SunGod使用第三方來製造3D列印產品。 查理·艾倫比/我們的媒體

3D列印的未來？

3D列印在航空航太和汽車行業的日益廣泛應用可能會加速這項技術的發展。 Getty Images

與所有新技術一樣，這是一個持續的涓滴效應，隨著每一項新的改進和製造業供應的增加，生產過程變得越來越便宜。

Collins說Renishaw的下一代機器的目標是它們“可以在幾乎不需要動手的情況下進行大規模生產”，而阿澤頓自行車公司的Gowe認為，來自航空航太和汽車行業的日益增長的興趣將加速3D列印，因為“它背後有巨額資金”，有助於降低成本。

那麼，在不太遙遠的將來，添加製造的框架和組件可能會讓傳統材料和工藝成為過去嗎？

柯林斯認為這是可能的:“你可以用這種網格結構製作一個完整的框架，然後在它的頂部有一個非常小的皮膚。從理論上講，這應該是一個非常堅固和輕便的框架設計，你無法用任何其他方式來創造。”

3D列印能打開定制自行車配件的選擇嗎？ 約瑟夫·布蘭斯頓/我們的媒體

洛卡泰利表示，Fizik的近期計畫是在“我們鞍座的所有高級系列”中推廣該技術，但預計在未來幾年，3D列印將在定制和自行車適配方面發揮作用。

“如果你在去買自行車之前去找自行車裝配工，你可以得到所有的數據，然後把數據發給自行車製造商。他們可以定制模具，讓你的部件尺寸適合你，”他說。

洛卡泰利表示，這將比阿澤頓自行車等品牌目前使用的工藝更進一步——不同長度的碳管被粘合到3D列印的鈦凸耳上，以提供22種不同的庫存尺寸和完全定制的框架幾何形狀的選擇。

“這將有助於為每位騎車人提供一對一的自行車，例如，他們可以擁有不同曲率、寬度、尺寸和長度的車把。”

新的男子速降世界冠軍查理·哈頓的阿澤頓AM.200使用3D列印的鞋耳——但不要指望在入門級自行車上看到它們。 史蒂夫·貝爾/我們的媒體

Gowe更加務實，他認為“這是為自行車的每個部件或每個方面找到最佳解決方案。在某些情況下，這將是3D列印，而在其他情況下，這將是更傳統的方法。”

最終，3D列印將會存在，並且隨著技術的發展和生產成本的降低，它只會變得更加普遍。

不過，不要指望很快就能買到3D列印的入門級自行車。

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