借助通快3D打印技术，制造自行车刹车手柄

 刹车定制与批量生产

迄今为止，自行车行业通常使用碳复合材料作为高品质刹车手柄的材料。然而，这种材料的环保性能较低。制造商无法回收利用碳材料，通常只能对其进行焚烧处理。与碳复合材料相比，钛的环保效益更高，也更坚固耐用。与其他材料相比，制造商可以用钛制造出硬度更高的钛制刹车手柄。

制造商可以使用3D打印机定制刹车手柄。不仅适用于钛材料的设计，还可以根据骑行者的需要定制刹车手柄的力度。“由于通快的3D打印技术也是为批量生产而设计的，自行车行业也可以借此实现大规模生产。因此，可以经济高效地生产受重压力影响的零部件。” 通快的应用工程师Christian Lengwenat 表示。

借助通快TruPrint 1000 金属3D打印设备制造刹车手柄

 加速原型制作与研发

通快的3D打印技术还能让自行车行业的企业加快原型制作的速度。“通过3D打印机，制造商可以在一次3D打印过程中同时生产不同的原型，这大大加快了自行车行业的原型制作过程。” Lengwenat说道。迄今为止，制造商大多采用铣削的方式制造原型零部件，这既耗时又昂贵。

钛制刹车手柄

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虽然SPANK如今能自主地在工厂中完成设计、开发和制造一整套流程，但在早期时候，他们的产品开发也面临很多挑战。SPANK后来引进了Raise3D 复志科技的Pro3 Plus 3D打印设备进行原型制作。该设备的引进，解决了SPANK 产品开发环节中的很多问题。

在引进3D打印技术前，SPANK的原型制作采用的是传统加工器械，包括日本的5轴CNC机床、由德国顶级的汽车供应商提供的PCD刀具，还有由瑞士制造的夹具。虽然用的生产工具都很先进，但生产过程中仍然存在一些问题：加工前的编程过程复杂且耗时长，机械制图中的每条轮廓、每个角、每条线都需要编程，除此之外，切割金属材料的难度很大，对技术要求很高。因此，整个工艺工程费时费力，且容易产生浪费。

除此之外，由于内部设计需要保密，SPANK也不能将原型制作外包给第三方，只能自主用传统工艺进行生产。为了优化产品的开发进程，SPANK也开始寻找更灵活的生产工具。

 大尺寸一体成型，省时省力

在咨询了代理商的专业意见后，SPANK决定引进Raise3D Pro3 Plus 3D打印设备进行原型制作。

SPANK有很种类型的产品，涵盖了大尺寸的山地车车轮以及连接器等小部件。由于组件数量多且种类繁杂，如果使用小尺寸的3D打印机，就需要将模型进行分割，再分开打印，这样会增加很多装配时间。

而Raise3D Pro3 Plus具有300×300×605mm的大尺寸打印空间，可以实现一体成型，也可以同时打印多个模型。大打印尺寸是SPANK选择Raise3D Pro3 Plus的原因之一，这能帮助他们将原型验证的周期缩短一半。

 随时随地管理3D打印进程

ideaMaker和RaiseCloud是Raise3D自主研发的切片软件和云管理平台。在这两个软件的帮助下，SPANK的工程师和设计师都发现生产力有了大幅度提升；产品设计可以在ideaMaker里直接进行优化与修改，省去了反复制作的繁琐流程。

SPANK设计部经理朗先生表示：“使用RaiseCloud云管理系统，我就可以随时随地通过手机或电脑远程监控3D打印机的生产情况，不用一直守在设备旁，大幅提升了管理效率。”

 兼容多类耗材，扩大应用场景

由于产品需要，SPANK需要使用多种材料，曾经在尝试打印一款TPU 75A耗材时，他们试用过很多其他品牌的3D打印机来打印这款材料，但失败率非常高，特别是在打印大件或层厚小的模型时。引进Pro3 Plus后，他们也尝试打印同款耗材，并对最终的打印效果赞不绝口。

Pro3 Plus也兼容Raise3D OFP项目的多种耗材，为SPANK未来开拓更广泛的应用场景奠定了基础。

在将Pro3 Plus投入到原型制作进程中后，SPANK节省了一半的原型验证时间。如今这款3D打印机在原型设计、产品生产以及自行车部件销售方面都发挥着不可或缺的作用。随着Raise3D打印机支持的耗材种类越来越多，打印机将能在更多应用场景中发挥作用，更好助力SPANK生产各种部件和夹具。

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如果说SpaceX为宇航员提供的3D打印头盔是一种与我们生活几乎没有交集的高冷产品，那么正在体育运动防护领域“润物细无声”的3D打印防护头盔则正在将这种新一代的产品推上更为亲民的道路。

为了激发专家、创新者和运动防护头盔制造商为橄榄球运动员开发新一代头盔，美国橄榄球联盟（NFL）发起了一项NFL 头盔挑战赛。参与团队所设计的创新头盔需在指定实验室测试的基础上设计优于运动员当前佩戴的头盔。

NFL 在本周向参与新一代头盔设计的四个创新团队授予了共计137万美元的奖金。根据3D科学谷的市场观察，这四个团队所使用的头盔制造技术中，有三个团队在提交的申请中明确表明应用了增材制造-3D打印技术。

 先进技术构建下一代头盔

NFL 公开了头盔挑战赛奖励资金的获奖者名单以及他们在项目申请中所描述的信息。

l 新一代3D打印吸能衬里

获得奖金的Impressio,Inc.和CU Denver 团队依靠材料科学研究和增材制造技术，通过3D打印制造运动员定制头盔衬里。有别于传统衬里材料的是，3D打印衬里采用超耗散液晶弹性体（LCE）和点阵结构的设计。该项目得到包括EOS，nTopology和Schutt在内的合作伙伴的支持。

来源：Impressio

Impressio 是一个通过点阵晶格设计能力构建下一代的头盔衬里的创业企业，提供从3D扫描和模型生成到点阵设计和3D打印功能原型的设计和制造工作流程。

根据3D科学谷的市场观察，在该团队的合作伙伴当中，EOS与nTopology本身已在点阵缓冲结构的增材制造领域展开了合作。

EOS 推出了 Digital Foam™计划，降低了将 3D 打印弹性泡沫推向市场的难度，且实现了将CAD、材料、零部件验证和增材制造（3D 打印）等诸多环节的有机融合。

HEXR用EOS PA 1101材料定制的自行车头盔。来源：EOS / HEXR

3D打印弹性泡沫使用TPU或PEBA等柔韧性极高的聚合物材料，可以对每个体素（体积像素）进行深度微调，从而获得绝佳的舒适性、安全性和功能性。根据EOS，Digital Foam可解决客户可能遇到的诸多变化因素或问题，并将客户的创意快速转化为实际产品。它赋予客户一条捷径，可快速3D打印生产保护性头盔、个性化矫形器、高性能鞋具以及其他各类应用产品。

Digital Foam™计划中的3D打印弹性泡沫结构设计，源于nTopology公司的技术。在3D打印头盔、鞋垫、中底等缓震组件中常用的增材制造点阵结构，具有轻质、吸能等性能，然而这类点阵结构的复杂性已经超过了传统CAD软件的原有设计功能。

此外，Impressio 在项目申请中提及的液晶弹性体（LCE）材料，在运动头盔等领域具有较大应用潜力。

南方科技大学机械与能源工程系副教授葛锜研究团队与美国科罗拉多大学丹佛分校教授Christopher M. Yakacki团队合作在《先进材料》发表的研究成果，揭示了3D打印液晶弹性体的应用潜力。

根据南方科技大学，液晶弹性体作为一种受光或热刺激能产生大体积收缩的功能软材料，目前主要用于制作软体驱动器或者机器人。同时，液晶弹性体展现了非线性大变形粘弹性的力学行为，是一种性能佳的耗能材料。[1]

但是复杂的化学合成工艺使得液晶弹性体的成型限制在薄膜形态。葛锜团队与Yakacki团队合作，通过麦克加成反应将液晶基元与二硫醇单体聚合生成具有丙烯酸酯端基的光敏液晶弹性体低聚物，并可通过基于光固化数字光处理3D打印技术实现液晶弹性体复杂三维结构的3D打印 。这表明所开发的光敏液晶弹性低聚物可通过光固化数字光处理3D打印技术获得高效吸能结构和器件。该项研究为3D打印成型轻型抗冲击/减震结构提供了可能性，在电子设备抗冲击、运动头盔等领域具有较大应用潜力。[1]

l 生物力学、增材制造、材料科学、设计优化四方发力

足球装备行业制造商Xenith，希望联合损伤生物力学、增材制造、材料科学、设计和计算建模与优化方面的专家：巴斯夫，RHEON实验室和滑铁卢大学，共同创建能源管理的新解决方案并为运动员提供一流的现场体验。

l  吸收和重定向冲击力的3D打印头盔衬垫

Kollide联盟结合了学术研究者（ETS）和四个创新公司（Kupol，TACTIX，ShapeShift3D，Numalogics），希望利用他们的虚拟设计和非平面的3D打印的方式，为运动员定制经过优化、能够吸收和重定向冲击力的头盔衬垫。

在以上两个获得奖金的团队中，材料制造商BASF 与Kollide联盟中的成员Kupol，均与惠普3D打印在头盔制造方面有着密切关系。

Kupol是自行车头盔品牌，他们利用3D打印技术进行了头盔的设计革新。Kupol 起初通过PA12材料和惠普的MJF 3D打印设备来制造这个结构，3D打印组件中具有上百个微孔，形成了透气网络，这使头盔具有良好的透气性。

采用巴斯夫新型TPU 材料打印的Kupol头盔内部结构。来源：惠普

巴斯夫公司开发了新型热塑性聚氨酯(TPU) ULTRASINT™。Kupol已经使用了新的TPU材料，该材料的柔性和弹性特点适合为自行车手和其他体育专业人员制造安全、舒适的头盔。

l 立方+八角形泡沫超材料吸能层

该团队正在使用他们创新的立方+八角形泡沫超材料设计橄榄球头盔中的新能量吸收层，以最大程度地减少脑震荡的风险。

在该挑战赛以往的获胜者中，也有通过3D打印方案获奖的团队，如卡迪夫大学，他们开发了一种独特的填充材料，用作头盔衬里垫，可在撞击变得越来越严重时吸收更多的撞击力。卡迪夫大学的获奖者采用的设计是一种复杂的折叠结构，该结构在折叠时能够非常有效地吸收能量。3D打印能够将这种复杂设计转换为有形的产品。

3D打印折叠结构。来源：NFL

在NFL 头盔挑战赛中，一面是来自于体育运动器械的应用端对高性能、创新性运动防护产品的需求，一面是3D打印技术、材料与面向增材制造的先进设计的推动。在这两股力量的汇聚之下，3D打印和面向增材制造的先进设计正在潜移默化的助推新一代运动防护头盔的到来。在3D科学谷看来，橄榄球防护头盔这样的专业级体育防护用品或许只是星星之火，增材制造技术驱动的新一代防护、缓震材料将在更广的运动防护领域发出光与热。

参考资料：

[1] 南方科技大学机械与能源工程系《南科大葛锜合作团队在液晶弹性体3D打印研究方向取得新进展》。

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阿瑟顿三兄妹都是荣获世界冠军的山地车骑手，现在他们将骑乘自有品牌速降山地车参加比赛，同时将自家的自行车系列产品推向全世界。样车上采用的是碳纤维车架管和管托。雷尼绍在位于英国斯塔福德郡的增材制造解决方案中心使用高效能RenAM 500Q多激光增材制造系统制成零件之后，再交由Atherton Bikes接棒打造整车。

此项目的其他合作者还有知名的避震系统设计师Dave Weagle，以及来自原Robot Bike公司的Ed Haythornthwaite和其他成员。早前，雷尼绍曾与Robot Bike公司合作，为其R160山地车打造钛合金管托。Atherton Bikes山地车的管托是在RenAM 500Q四激光系统上加工的第一个自行车零件，
RenAM 500Q不仅能够保证质量，而且有助于提高生产效率。

“雷尼绍在全球金属增材制造领域居领导地位，”雷尼绍增材制造应用经理Jono Munday解释说，“同时还是世界领先的测量产品制造商，我们致力于为客户提供端到端解决方案，从增材制造加工一直到后续加工及其他后处理程序，制造最终用途零件。”

Munday补充道：“RenAM 500Q缩短了管托生产时间。这意味着车架的开发周期可以大幅缩短，而且可以根据骑手的具体要求定制，无论是像阿瑟顿赛车队这样角逐山地车世界杯的专业赛车队，还是个人买家。传统的生产工艺需要大量工具，而增材制造工艺是一个完全数字化的工艺，也就是说，用户可以在CAD中修改管托设计，然后更高效地重新制造。”

在新品牌Atherton Bikes的开发过程中，雷尼绍不断地给予反馈、修改设计，帮助Atherton Bikes团队成功制成高精度管托。增材制造加工过程、后续加工及其他后处理工序均由雷尼绍在解决方案中心完成。

雷尼绍建立了一个全球解决方案中心网络，由增材制造专家提供支持，帮助客户增强对增材制造技术的了解和信心。

文章来源：雷尼绍

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