英国唯一的激光熔融金属快速成型系统(用于“打印”金属部件)制造商雷尼绍，与英国领先的自行车设计和制造公司联袂制造出世界上首款3D打印金属自行车架。Empire Cycles公司针对快速成型制造技术设计出山地自行车，制作经拓扑优化的钛材质车架;新车架坚固、轻巧，重量比原来减轻了33%。

车架采用钛合金材料，分成若干部分利用快速成型制造工艺加工，然后拼接组装而成， 因此具有以下诸多优点：

设计自由

快速迭代;可在最终生产之前灵活改进和完善设计

能够制造经拓扑优化产生的形状(参见下文)

充分根据客户要求量身定制 — 使单件生产像成批生产一样简单构造

复杂形状具有多种内部增强特征

空心结构

细节特征构建功能，例如铭刻骑手姓名

高性能钛合金材料

座管支架比铝合金轻44%

极其坚固 — 经测试达到EN 14766标准

抗腐蚀、经久耐用

Empire Cycles

Empire Cycles位于英格兰西北部，是英国一家独具特色的自行车设计和制造公司。该公司积极致力于使用精湛的英国工程技术开发和制造高端产品，为全球山地自行车和高山速降自行车提供创新设计。

雷尼绍和Empire Cycles携手合作，针对快速成型制造工艺的特点优化自行车设计，减少了许多原本需要多余结构来支撑的朝下表面。

它的强度如何?

利用激光熔融金属快速成型制造工艺加工的钛合金，具有超过900 MPa的高极限抗拉强度 (UTS) 和几近完美的大于99.7%的密度;这种工艺优于铸造，由于孔隙小，数量少，呈球型状，因此对强度几乎没有影响。

该项目的目的是生产一种功能型自行车，因此采用山地自行车标准EN 14766对座管支架进行了测试，结果证明其可承受50,000次1200 N的应力。在接下来的测试中，逐渐加大应力，当使用的应力达到该标准的6倍时，座管支架仍完好无损。

对自行车架的测试将继续进行。一方面，在英国Bureau Veritas的实验室进行测试;另一方面，与斯旺西大学 (Swansea University) 合作，利用便携式传感器完成山地实测。

什么是拓扑优化?

拓扑源于希腊语中的“topo”(地貌)一词，而拓扑优化软件是指通常利用迭代步骤和有限元分析来确定材料“逻辑位置”的程序。通过移除低承载力区域的材料，达到优化承重设计的目的，最终得到的原型部件既轻巧(因为体积小)又坚固。现在，可以利用快速成型制造技术来解决以往制造这些结构时存在的难题，实现从3D物理模型向实体的转化。

它有多轻?

钛合金的密度比铝合金大，它们的相对密度分别约为4 g/cm3和3 g/cm3。因此，要使钛合金零件比铝合金零件轻，唯一方法就是大幅改变结构，尽可能减少不会影响零件整体强度的区域的材料。

原来的铝合金座管支架重量为360 g，而空心钛合金座管支架仅重200 g，重量一下子减轻了44%。

这还只是第一次迭代;通过进一步分析和测试，还可以减轻更多重量。

原来的自行车架重2100 g。重新设计后利用快速成型制造工艺，车架重量降至1400 g，减轻了33%。

虽然现在市面上有重量更轻的碳纤维自行车，但Empire Cycles总裁Chris Williams在经过一番调查后指出：“碳纤维自行车的耐用性比不上金属自行车，它很适合公路使用，但在山路上骑行，它的车架有可能损坏。我们的金属自行车有额外加固，可确保万无一失。”

该项目如何管理?

在接触雷尼绍之前，Chris就已经为他最新设计的自行车制作了全尺寸3D打印复制品，因此十分清楚自己想要什么。

雷尼绍最初只同意优化和制造座管支架，但是当座管支架成功制造出来后，制造完整车架也就变成了顺理成章的事情。Chris根据雷尼绍应用团队的优化型指导更新了设计，将整个车架分成若干部分，以便充分利用AM250系统的300 mm成型高度。

Empire Cycles的重大收获，便是这一制造方法给产品带来的诸多性能优点。更新后的设计不仅具有摩托车和汽车所使用的压制钢“无骨架”结构的所有优点，而且无需投资购买让小型制造商望而却步的昂贵模具。

虽然还未完全发掘出产品潜在的性能优势，但我们希望继续开发该项目。由于无需模具，因此可轻松地持续进行设计改进;并且由于按体积而不是按复杂程度计算组件成本，一些很轻零件的制造成本甚至可以达到最低。

对拼接组装方法进行研究后，该项目选用了Mouldlife公司提供的粘合剂，以及技术专家3M公司提供的测试设备。我们将继续深入合作，研究拼接组装方法的重复性改进，例如特定表面处理。

自行车成品所需的车轮、传动链和组件均由Hope Technology公司提供。

该项目表明，通过与客户密切合作可以取得卓越的成果。如果您希望自己的产品也能获益于快速成型制造技术，请联系当地的雷尼绍办事处了解详情。

关于雷尼绍

英国雷尼绍公司于1994年在北京开设了第一个办事处，并于2000年在上海设立了办事处。目前，在中国共设有三个分公司和八个办事处，员工100余人。公司产品广泛应用于机床自动化、坐标测量、快速成型制造、比对测量、拉曼光谱分析、机器校准、位置反馈、形状记忆合金、大尺寸范围测绘、立体定向神经外科和医学诊断等领域。雷尼绍集团目前在32个国家或地区设有70多个分支机构，员工逾3,300人。