Er 3D-printing sykkelens neste store ting?

Innholdsfortegnelse:

Er 3D-printing sykkelens neste store ting?
Er 3D-printing sykkelens neste store ting?

Video: Er 3D-printing sykkelens neste store ting?

Video: Er 3D-printing sykkelens neste store ting?
Video: Process of Making Iron Man Toy with NEW 3D Printer. Korea's 3D Printer Factory 2024, Mars
Anonim

Selvreplikerende skrivere som lager objekter fra datamaskintegninger? Ikke science fiction, men en realitet som vil revolusjonere produksjonen

Selv om du kanskje ikke tror det, var 1986 et avgjørende år. Dereguleringen av London Stock Exchange endret måten vi tenkte på penger; Tsjernobyl endret måten vi tenkte på atomkraft; Top Gun endret måten vi tenkte på filmlydspor, og for de som følger nøye med, endret en amerikansk gentleman ved navn Chuck Hull måten vi tenkte på produksjon.

Det året den 11. mars (kanskje omtrent en million dager siden den tradisjonelle grunnleggelsen av Roma), ble Hull utstedt med amerikansk patent nummer 4, 575, 330: 'Apparat for produksjon av tredimensjonale objekter med stereolitografi'. Og slik ble 3D-printeren født.

‘Chuck Hull var fyren som startet det hele,’ sier Phil Kilburn, salgssjef i 3D-printerselskapet 3T RPD. «Han jobbet for Xerox på den tiden, og kom på ideen om å legge blekk oppå hverandre for å lage en solid tredimensjonal modell. Han tok denne prosessen og startet det første 3D-printerselskapet, 3D Systems.’

Bilde
Bilde

I begynnelsen

Hulls originale 3D-skriver brukte et ultrafiolett lys til å tegne en todimensjonal form over overflaten av et kar med flytende fotopolymer, et stoff som blir fast når det utsettes for ultrafiolette stråler. Denne prosessen skjer om og om igjen, og bygger opp 2D-lag for å lage et 3D-objekt. Mens prosessene og materialene som brukes i 3D-printere har kommet langt siden den gang, forblir rudimentene de samme.

‘Maskinene vi bruker nå bruker lasere, sier 3T RPDs IT-sjef Martyn Harris. "Prosessen er ekstremt smart, men i sin grunnleggende form er den veldig enkel: ta litt pulver og smelt det. Så i våre maskiner har du en seng av pulverisert materiale, for eksempel nylon, som varmes opp i skriverens kammer til rett under smeltepunktet. Lasere sporer deretter todimensjonale tverrsnitt av komponenten du ønsker å produsere over pulveret, og smelter et 2D-lag hver gang. Når et lag er sporet, faller skriverens lag ned med, la oss si, 120 mikron [0,12 mm], deretter sprer en re-coater-arm et nytt lag med pulverisert materiale over toppen og prosessen begynner på nytt, med laserne sporing ut neste lag.'

Bilde
Bilde

Denne prosessen er basert på metoden for ‘sintring’, hvor atomene i et pulvers partikler ved høye temperaturer diffunderer inn i hverandre og blir en solid del. Men det er ikke nok å bare rette en laser mot plast og forvente at en nyttig gjenstand dukker opp.

‘Det du gjør først er å lage en 3D CAD [datastyrt design]-modell av det du vil lage, sier Harris."Deretter, ved hjelp av skreddersydd programvare, pakker du modellene inn i et virtuelt 3D-rom som gjenspeiler størrelsen på skriversengen. Derfra lagrer du alle filene dine i STL – stereolitografi eller triangulerte filer – og når du har filene klare, skjærer du dem i bunn og grunn opp i den tykkelsen du bygger. Alle de oppskårne filene blir sendt til datamaskinen som styrer skriveren, og så er det bare å trykke på go, og skriveren vil skrive det ut. Ironisk nok er mange av delene til disse skriverne skrevet ut på andre skrivere her, så de har blitt selvrepeterende.’

Harris har vært involvert i 3T RPD de siste 13 årene, og sist har han grunnlagt Race Ware, et sykkelkomponentselskap som produserer produktene sine – fra Garmin-fester i plast til kjedefangere i titan – ved hjelp av 3T RPDs skrivere.

‘Jeg kom inn i dette fordi jeg kjører en SRM og har et par Easton TT-barer, sier Harris. «Da jeg gikk for å se etter et stangfeste, var alt jeg fant et fryktelig adaptersett, så jeg tenkte jeg skulle lage mitt eget. Jeg tenkte at hvis jeg skulle lage en til meg, ville jeg se om noen andre ville ha en også, så jeg gikk inn på et TT-forum og spurte rundt. Denne fyren som heter Jason Swann sa at han ville ha en Garmin en, og han var en CAD-designer, så han ga meg designet. Det tok oss bare tre eller fire måneder å komme fra den første iterasjonen til versjonen vi nå selger.’

Bilde
Bilde

Som Harris antyder, er en av de viktigste fremskrittene som følger med 3D-produksjon hastigheten og enkeltheten som produkter kan produseres og finslipes med. Den generelle prosessen fra tegnebrett til ferdig artikkel er eksepsjonelt rask sammenlignet med mer tradisjonelle metoder – selv om byggetiden kan ta alt fra noen timer til rundt en uke, avhengig av kompleksiteten og antallet av produktene som trykkes.

‘I motsetning til andre produksjonsprosesser, som sprøytestøping, er det ingen verktøy med 3D-utskrift, sier Harris. Alt jeg trenger å gjøre er å lage CAD-modellen, gjøre noen testkjøringer, gjøre noen justeringer og så begynne å skrive ut når jeg er fornøyd med den. Folk synes det er vanskelig å få hodet rundt det. De spør hva leveringstiden er, og jeg kan svare: «To eller tre uker», mens de er vant til at noen sier: «Den vil være klar kvart fire neste år.»’

Rask prototyping

Selvfølgelig er 3T RPD og Race Ware ikke alene; det er andre produsenter og bransjer som for tiden høster fordelene av 3D-utskrift og ønsker å flytte grensene enda lenger. Audi brukte 3D-utskriftsroboter for å lage konseptbilen RSQ som dukket opp i filmen I, Robot; Formel 1-team som Sauber bruker 3D-trykte bremsekanaler på bilene sine, og sist kunngjorde det nederlandske arkitektfirmaet Dus Architects planer om å 3D-printe et helt hus. Så hvis alt dette er gjennomførbart (huset skal angivelig bygges i deler på en seks meter høy skriver k alt 'KarmerMaker'), hva kan implikasjonene ha for syklene i seg selv? En mann som tror han kjenner er leder for forskning og utvikling hos Ridley bikes, Dirk Van den Berk.

‘Vi har skrevet ut små prototypekomponenter de siste to eller tre årene, som bremsen til Noah Fast-gaffelen, sier Van den Berk. "Men for første gang i år [2013] har vi skrevet ut en hel ramme som en del av utviklingen av vår nye versjon av Dean TT-sykkelen. Den er ikke sterk nok til å bli ridd eller stresstestet, men den er flott for aerotesting i vindtunnelen og monteringstesting, der vi kan bygge den opp med ekte komponenter for å se at alt passer.’

Bilde
Bilde

Som med Race Ware, lar denne spesielle typen 3D-utskrift – kjent som rask prototyping – Ridley gjøre endringer raskt og billig. «Dekanen begynte med rørformer for å teste i tunnelen. Så bygget vi komplette rammer. Vi tester disse, evaluerer, så går vi tilbake og gjør små endringer. Det er det flotte – små endringer kan gjøres veldig raskt. Du trenger bare å trykke på en knapp og vente til skriveren slutter å skrive ut.

‘Tidligere brukte du datamaskiner og programvare for å lage en ramme, opp til det punktet hvor du gir grønt lys og rammeprodusentene begynner å kutte formene. Selv om 3D-printing ikke er billig teknologi, er det absolutt billigere enn å åpne en form, se noe g alt med rammen og måtte begynne på nytt, legger Van de Berk til.

Så, hvis selskaper som 3T RPD kan skrive ut i metall og produsenter som Ridley allerede skriver ut hele prototype-sykkelrammer, hvorfor kan vi ikke sette de to sammen og begynne å skrive ut kjøresykler?

‘For en komplett ramme er det ganske vanskelig på grunn av måten en ramme belastes på under kjøring, forklarer Van den Berk. «Det er en kompleks struktur som må kunne håndtere alle slags påkjenninger og påkjenninger. Med karbon er måten du lager lagene på som gjør en ramme sterk eller stiv i en bestemt retning. Med utskrift er det mye vanskeligere å kontrollere egenskapene til

materialet og det er det som gjør rammeproduksjonen vanskelig. Men ting går absolutt i den retningen.’

Bilde
Bilde

Stordriftsfordeler

Tilbake over kanalen i Bristol er det ett selskap som virkeligheten med 3D-trykte rammer kommer stadig nærmere – i hvert fall delvis.

Charge Bikes har jobbet med EADS (European Aeronautic Defence and Space Company) for å lage de første produksjonstrykte dropoutene. Laget av Ti6Al4V titan, blir dropoutene skrevet ut på EADSs anlegg før de sendes til Taiwan for å sveises inn i Charges frysecross-sykler. Men mens EN-testing og en utmattende åtte måneder under Charge proff-rytter Chris Metcalfe har vist at frafallet er like vellykket som deres CNC-søskenbarn, er de, og prosessen de er en del av, ikke uten begrensninger.

Charge's Neil Cousins sier: For øyeblikket øker de utskrevne frafallene 20 % til kostnadene for en standard fryserramme, delvis fordi hver versjon bare kan produsere maksim alt 50 frafall på grunn av størrelsen på skriveren. Vi er også begrenset med antall skrivere der ute – for tiden har bare tre andre selskaper i Storbritannia dem – og ekspertisen og ferdighetene som trengs for å bruke dem.’

Cousins påpeker at det ikke er noen grunn til at kostnadene ved å produsere slike deler i fremtiden ikke kan gå ned ettersom maskinstørrelser og antall øker, men foreløpig er han realistisk med tanke på hvor teknologien er på vei: «Vi er kommer alltid med planer for deler og har nettopp ansatt en ny industridesigner her. En ting å huske er at mange av delene vil være så dyre at vi må passe på å ikke gjøre noe som vil sitte på distributørenes hyller i årevis. Når det er sagt, har mange av de store aktørene i sykkelindustrien vært i kontakt med oss og EADS for å få mer informasjon om teknologien, og på kortere sikt kan jeg lett se at 3D-utskrift brukes til å lage komponenter som nav, maskiner og kassetter.'

Race Wares Martyn Harris kan godt være et skritt foran, etter å ha samarbeidet med aerodynamisk guru Simon Smart for å lage en titanstamme. Selv om det langt fra er en ferdig, salgbar vare (Harris anslår at den nåværende versjonen har kostet ham 5 000 pund, så det kan være litt vanskelig å skifte en), men tjener bare til å bevise hvilket nivå 3D-utskrift er på for øyeblikket, og også hva det vil ta å komme dit selskaper som Race Ware og Charge ønsker å dra.

‘Nøkkelen til 3D-utskrifts fremtid er å forstå prosessen, sier 3T RPDs Phil Kilburn. «Det har krevd mye misjonsarbeid fra vår side for å få folk til å tro på teknologien, for å lære folk om hva den kan og ikke kan gjøre. Først når du har forstått prosessen kan du dra nytte av den. Den har ikke helt kommet dit ennå, men når den gjør det, kommer 3D-printing til å eksplodere.’

Det fine trykket: Hvordan 3D-utskrift faktisk fungerer

Bilde
Bilde
  • I tillegg til å bygge i plast, har 3T RPD en serie maskiner som skriver ut metalldeler, for eksempel disse titan kjedefangerne bestilt av Race Ware.
  • Skriverkammeret varmes opp til 70°C, før en enkeltfiberlaser, som opererer ved 1000°C+, sporer ut de todimensjonale lagene i et lag av titanpulver.
  • Det skarpe hvite lyset du kan se er ikke prikken til laseren, men snarere et intenst lys som sendes ut når det pulveriserte titanet blir smeltet.
  • Kjedefangerne er bygget i 20 mikron lag – etter at hvert lag er sporet ut, synker skriversengen med 0,02 mm før et nytt lag med pulver spres ut.
  • Skriversenger i metall har en tendens til å være mye mindre enn skriversenger av plast. Men den siste av 3T RPDs maskiner bygger allerede 50 % høyere enn forgjengerne.
  • Det store problemet med å gjøre skrivere større kommer med fokuseringslasere. De mindre metallskriverne bruker en enkelt laser, mens de større plastskriverne må bruke to.
  • Å trykke tre kjedefangere i titan tar rundt fire timer. Opptil 50 kan klemmes inn i skriversengen, men byggetiden vil øke til rundt 12 timer.
  • Når bygget er ferdig, kan delene fjernes nesten som å hente en stein fra en sandhaug. Mye av pulveret som er til overs resirkuleres og settes tilbake i neste bygg.

Anbefalt: