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確保手工制作的鈦自行車零件的一致性和質量并不容易，需要精湛技巧，耗時耗力。Angel Cycle Works要求Optimus3D提供金屬增材制造解決方案，以完全統一的質量標準生產小批量的自行車閥桿組件。

背景

Optimus3D提供增材制造全過程解決方案，為眾多領域的企業提供支持服務，其中包括航空航天、汽車、工業和醫療。在提供的服務中有端到端的解決方案，同時也包括組件設計、原型和批量生產、后處理等。

Optimus3D總部位于西班牙北部的維多利亞市阿拉瓦科技園Gasteiz，公司服務于國際和本地客戶，讓他們接觸到新一代的3D打印機和軟件。憑借在增材制造方面積累的專業知識，該公司可為客戶實現降低組件復雜性、重量和成本，提高組件質量和可靠性。

西班牙公司Angel Cycle Works是一家國際知名的自行車車架制造商和零部件制造商。公司的主要產品是手工制作定制的自行車鈦金屬框架和組件，用于公路、碎石、山地和越野的復雜環境。生產高品質、高強度的自行車部件依賴于主要從事手工焊接和小批量生產，Angel Cycle Works 熱衷于研發增材制造的生產工藝。
Optimus3D項目負責人Pablo Capellan說：“我們在金屬增材制造方面獲取的專業知識，在很大程度上要歸功于對現代制造業和逆向工程的深入了解，這也意味著我們可以更容易地滿足客戶對3D打印工藝的要求，充分使用增材制造的全部功能。”

挑戰

從根本上來看，Angel Cycle Works在手工制造鈦閥桿組件時面臨的挑戰與原材料有關。事實證明，鈦是一種不太容易使用的材料。尤其在手工焊接時，組件的完整性可能會發生變形，并且完全符合3D CAD模型變得也非常困難。Pablo Capellan繼續說道，即使涉及替代的增材制造工藝，無論是通過分層熔化金屬還是沿路徑沉積構建部件，鈦金屬仍然給加工過程帶來不小的挑戰。

為了批量生產組件，最大化增材制造的生產力是Optimus3D的另一個關鍵標準。它不僅需要保證組件的完全準確性和可靠性，還需要確保每個構建步驟中都能產生最大數量的組件，已獲得成本效益。

解決方案
Optimus 3D提議使用雷尼紹RenAM 500S單激光增材制造系統。它專為粉末床融合（也稱為激光熔化）構建金屬部件而設計，構建體積為250mm×250mm×350mm。對于Angel Cycle Works自行車部件來說，重要的是雷尼紹系統一流的惰性制造氣氛（充滿高純度氬氣的真空）確保了所有合格金屬的高質量構建環境，包括鈦Ti6AI4V。

考慮到組件的結構和尺寸，在垂直方向上構建通常是首選。然而，認識到潛在的變形問題和最大限度提高生產率的需要，Optimu3D選擇在水平方向進行堆積。

“我們的想法很簡單。通過水平制造組件，最大限度地減少生產特定批次的自行車零件，幫助Angel Cycle Works實現預算目標。這意味著我們能夠更好地測量和處理變形，因為閥桿組件又長又細，尺寸為35mm×20mm×115mm。”Pablo Capellan解釋道。

正如預期的那樣，直接從CAD文件導出并采用水平制造的方式生產組件，在最脆弱的區域會產生0.375mm的扭曲變形。為了消除這個缺陷，Optimus3D與雷尼紹的工程師合作，研發出基于有限元模擬的解決方案。
雷尼紹應用工程師Alex Garcia解釋說，通過第三方軟件Simufact Additive可以完美模擬RenAM 500S系統的粉末床熔合過程，從而確定使用精確補償系數準確地“預扭曲”組件設計。

結果

使用金屬增材制造，Angel Cycle Works能夠生產出以前手工制作的鈦自行車閥桿組件，確保組件質量的高度一致性，同時還改進了其重量和強度特性，能夠更好地滿足客戶對組件生產數量的動態要求。

這種創新的金屬增材制造解決方案意味著RenAM 500S系統上的每個構建體積都能夠一次連續3D打印多達50個相同的組件，完全可以實現非常短的交貨期。組件成本的大幅下降直接導致了供應鏈的精簡。