通過工業3D列印實現可持續應用

增材製造最擅長的一件事就是定制。從患者專用的醫療植入物到球員專用的數字泡沫曲棍球頭盔，AM擅長定制設計。在自行車行業，長期以來一直由少數大型製造商主導，AM為小型建築商提供了許多令人興奮的選擇。AM行業的人經常提到“自由複雜性”：使用3D列印，不需要額外的工具、夾具或工藝步驟來為零件添加特徵。事實上，使用AM，我們更難製作出扁平、方形、笨重的功能，而不是有機、流暢、華麗的功能——這與傳統製造相反。

我很欣賞手工自行車行業的一件事，那就是藝術和工程之間的模糊界限。通常，每輛自行車的外觀都說明了它的預期用途，或者展示了美國170家手工自行車公司之一的獨特風格，所有這些都不會犧牲騎行品質或性能。

六角組件的頂蓋

以Ben Tew領導的Hex Components為例。他們使用超現代設計軟體、智能建模和金屬AM創建了定制的自行車部件。上圖顯示了他們的一些頂蓋，這些頂蓋將前叉和車把鎖定在車架上。這些是在奧斯汀的技術中心用17-4不銹鋼印製的。當被問及為什麼選擇AM時，Ben說：“3D列印提供了一種創建新的高度詳細的設計變體的速度，這是手工原型無法比擬的。”雖然Ben是手工創建設計的大力宣導者，但他仍然說：“當你真的想在零件上獲得精細的表面和準確的幾何結構時，你無法超越3D列印的速度。”。通過使用計算設計軟體，AM允許Hex Components“快速迭代設計思想，直接進入最終印刷的金屬產品。”從大學時代起，Ben就一直將3D列印作為設計過程的關鍵部分。擁有數學建模的高級學位當然是一個優勢，但使用3D列印並不需要！

Tomii Cycle在德克薩斯州奧斯汀的商店

在奧斯汀騎行，沒過多久我就聽到了Tomii這個名字。Tomii Cycles的Nao Tomii是一位當地的框架製造商，他製造了一些真正神奇的機器。在一些共同朋友的幫助下，我得以與Nao建立聯繫，並參觀了他的商店，討論AM的潛在應用。看到他的空間和每輛自行車的極致細節，我感到不可思議。Nao每件東西都是手工製作的，所以我有點擔心3D列印組件會奪走藝術形式。Nao也有類似的擔憂——他“一開始對3D列印不太感興趣，但當他看到樣品時，他對高水準的技術感到驚訝，想做點什麼。”。“Nao教會了我很多關於設計和製造自行車車架的過程，我們的大腦開始思考潛在的想法。

Tomii Cycles仙人掌徽章銅焊在畫布上，圖片由Tomii Cycle提供

Tomii的設計美學融入了沙漠植物和景觀，所以沒過多久我們就獲得了仙人掌徽章。對我們兩個來說都很重要的一件事是，無論我們做什麼，都不應該從手工美學中減去。這個徽章傳統上製作起來很有挑戰性，直徑匹配，邊緣光滑，成為Nao添加個人風格的畫布。我期待著看到他將來還有什麼其他想法/概念！

當我開始深入手工自行車行業時，我開始注意到AM可以提供獨特解決方案的領域。其中一個領域是供應鏈。查看不同的網站來訂購框架組件，很明顯，某些零件（尤其是美國製造的零件）沒有太多選擇。以叉子牙冠為例。這個零件將轉向管（車把連接的地方）安裝在車輪安裝的管上。這是一個複雜的零件，對自行車的整體外觀和感覺有著巨大的影響。

全城市自行車上的叉冠細節。

建築商使用的主要零件供應商之一的鑄造叉冠只有不到10種獨特的設計。這確實限制了表達和自定義。此外，手工自行車通常是根據每位騎手的確切規格定制的，因此這種有限的產品確實限制了潛在的設計機會。如果建築商想開發自己的鑄造廠定制設計，他們通常必須下大訂單，以使其在經濟上可行。對於許多小規模的自行車製造商來說，這一數字是不合理的。對Ben來說，AM缺乏所需的工具和靈活性“非常好，因為它允許像Hex這樣的小公司利用大公司通常使用的技術。”

本文封面上的牙冠只是AM可能實現的一些例子。通過適當的增材製造設計（DfAM），叉牙冠是3D列印的理想候選者，可以成為開發公司風格的核心功能。一旦一家公司建立了具有完全參數控制的CAD，他們就可以指定所有必要的角度和尺寸，從而實現完全定制，只需很少的動手操作。如果你對此也很好奇，請聯繫我，這樣我們就可以討論並可能合作！

316L不銹鋼EOS M300上印有叉冠

上面不同的CAD設計靈感來自我所在社區的自行車製造商。仙人掌冠（中間）的設計考慮到了Tomii Cycles。右邊的王冠是為俄勒岡州波特蘭市Destroy Bikes的肖恩·伊格爾頓設計的。今年早些時候，在與肖恩的一次騎行中，他表達了對3D列印的興趣，之後我們保持了聯繫。當他看到我的設計時，他很興奮能把它騎在自行車上。上個月，在MADE自行車大會上，我很高興看到我的第一部分被釺焊到Destroy的一輛特色自行車上，更棒的是，我百分之百地知道，世界上沒有其他人有這樣的叉冠！

毀滅之叉王冠。圖片由Matthew Kolling（@Matthew.Kolling）和Destroy Bike Co.提供。

我們對印刷元件的一個未知之處是它們將如何釺焊。在釺焊中，使用熔點較低的填充金屬連接兩塊金屬，通過它們之間的小間隙產生毛細管作用。與Sean交談時，我發現他們通常會把兩塊要釺焊在一起的金屬片擦在一起，為填充物提供一些東西。因此，有了添加劑，看起來固有的粗糙表面（與機械加工零件相比）實際上是一種優勢！

銷毀釺焊在轉向管上的叉冠

這三個用例只是AM、定制和自行車行業的開始。快速創新、小批量生產、盡可能在當地生產、添加差異化設計功能以及進一步個性化定制自行車只是起點。隨著3D列印知識在自行車行業的增長和傳播（EOS在這裏提供幫助！），我毫不懷疑，工匠們的創造力和激情將為AM產生各種新穎的想法和用例。

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