Heavy Bikes推出全新鋁制一體式自行車車架，融合3D打印模具鑄造技術

2024年10月6日，南極熊獲悉，自行車車架制造商Heavy Bikes宣布采用3D打印技術開發(fā)鋁制車架。這種方法在傳統金屬鑄造中并不常見，它將現代技術與百年歷史的工藝相結合，為定制高性能自行車提供了顛覆性的解決方案。

△采用3D打印模具定制一體式鑄鋁碎石自行車，符合ISO 4210:2015標準

3D打印與鑄造相結合

盡管許多人不會將鑄造行業(yè)與創(chuàng)新聯系起來，但重型自行車和鑄造系統（FCS）的聯合創(chuàng)始人Charlie Murray看到了將現代技術引入金屬鑄造的機會。作為一名在工業(yè)控制和自動化領域擁有豐富經驗的企業(yè)家，Murray認識到通過工藝改進可以最大限度地減少鑄造過程中的不一致性，例如孔隙率和收縮率。

Murray并未選擇傳統方法（如使用CNC加工鋁坯），而是設想了一種更高效的解決方案：利用3D打印技術制造模具，以生產具備增強機械性能的鑄件。通過與鑄造專家的合作，FCS 開發(fā)了Pascal工藝，這是一種獨特的方法，利用加壓凝固技術來優(yōu)化鑄造環(huán)境。該工藝確保熔融金屬能夠有效填充模具，從而減少缺陷并產生高質量、可重復的結果。

△ExOne的S-Max Flex

重型自行車生產流程的核心是ExOne的S-Max 3D打印機，該打印機采用砂型粘合劑噴射技術，使用硅砂和呋喃粘合劑制造出精密的模具。3D打印模具的應用為鑄造帶來了新的可能性，能夠實現傳統模具難以制造或無法實現的復雜形狀和設計。

粘合劑噴射技術消除了對昂貴且耗時的硬質模具的需求，使重型自行車能夠快速迭代設計。對于Murray來說，這是一項改變游戲規(guī)則的技術，3D打印使得人們能夠探索鑄造工藝。過去，由于模具成本或迭代成本，它們可能會被迫放棄，而粘合劑噴射技術則打開了這扇門。

△Liberty Pattern公司擁有五套ExOne S-Max砂粘合劑噴射系統，使該公司能夠靈活地生產鑄造模具和芯體，即使是小批量項目也是如此

3D打印技術在重型自行車鋁制車架中的應用

鑄造系統的Pascal工藝顯著提高了重型自行車鋁制車架的機械性能。該工藝通過在凝固過程中向模具內泵入惰性氣體，產生正壓，從而確保熔融金屬完全填充模具的復雜通道，形成致密而堅固的結構。

Pascal工藝的關鍵在于它能夠提高鑄造過程中的質量進料率。盡管傳統的12英寸冒口在常壓下產生一定的頭部壓力，但使用該工藝僅需1英尺的冒口就能產生相當于70英尺冒口的壓力。這項創(chuàng)新顯著減少了鑄件的缺陷（如孔隙率），并使鑄件更加堅固和耐用。

△左上：Liberty Pattern的3D打印砂模已準備好鑄造。右上：Craft Pattern and Mold使用的FCS Pascal工藝鑄造原型。左下：原型鑄件已準備好進行后期處理。右下：下一代重型自行車在Denison Industries鑄造，并由鑄造廠進行X光檢查，以驗證鋁制框架的堅固性

使用3D打印模具的最顯著優(yōu)勢之一是能夠根據騎手的需求定制每個自行車車架。Murray作為競技自行車運動的從業(yè)者，深知根據特定體型和騎行風格定制車架的重要性。3D打印的數字化特性意味著可以快速且輕松地進行調整，而無需傳統模具制作方法所需的高昂成本和漫長時間。這種靈活性還使Heavy Bikes能夠嘗試不同的形狀和配置，進一步提升產品的競爭力。

Hypocrite從概念到現實

該公司的首個原型被稱為Hypocrite，采用了Liberty Pattern的3D打印模具鑄造而成。Liberty Pattern是復雜砂型鑄造模具的領先供應商，擁有五臺ExOne S-Max 3D打印機，

另一家重要合作伙伴Craft Pattern and Mold利用Pascal Process鑄造原型，通過以150 psi 的壓力將惰性氣體注入模具，確保鋁材能夠填充車架的最小和最精細的部分。最終，單件式的自行車車架沒有焊縫，從而消除了傳統設計中的薄弱點，并且由于Pascal Process的加壓方法，車架的強度得以增強。

在每次迭代中，Heavy Bikes都會對設計進行改進，以在保持結構完整性的同時減輕車架的重量。最新的車架于2024年9月在Denison Industries澆注而成，重量比早期版本輕約1.1 磅，這一改進得益于數字設計和3D打印模具的不斷進步。通過這一工藝，重型自行車可以生產出無需焊接的單件式實心鋁制車架，這種設計在強度和耐用性方面相較于傳統的管焊自行車具有獨特的優(yōu)勢。

Murray認為，Heavy Bikes的車架不僅功能齊全，還是一件藝術品。3D打印所提供的設計自由度意味著每個車架都可以定制獨特的表面設計，這些設計通過傳統工具往往難以實現且成本高昂。無論是噴漆、陽極氧化還是原始處理，Heavy Bikes的車架在美學上都提供了一定程度的定制，使它在市場上的其它自行車中脫穎而出。