애플리케이션 스포트라이트:자전거 제조를 위한 3D 프린팅

3D 프린팅은 자전거 제조 부문에 새로운 차원을 추가하여 맞춤형 자전거 부품을 더 빠르게 생산할 수 있도록 하면서 경량 자전거를 만드는 데 도움을 줍니다.

이번 주에는 자전거 생산에서 3D 인쇄의 사용과 그 이점 및 현재 응용 프로그램을 살펴봄으로써 3D 인쇄 응용 프로그램 스포트라이트 시리즈를 계속합니다.

이 시리즈에서 다루는 다른 애플리케이션을 살펴보세요.

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3D 프린팅이 자전거 제조에 적합한 이유는 무엇입니까?

강철은 전통적으로 자전거 생산에 필요한 재료였습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 티타늄 및 탄소 섬유와 같은 경량 소재로 바뀌었고 다른 이점 중에서도 자전거 프레임의 전체 무게를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

가벼운 자전거는 자전거 타는 사람에게 다양한 이점을 제공합니다. 첫째, 자전거 타는 사람이 더 빠른 속도에 도달하고 오르막을 더 쉽게 탈 수 있습니다. 둘째, 자전거의 무게가 낮을수록 운반 및 운반이 더 쉽습니다. 마지막으로, 더 가벼운 자전거는 라이딩 시 제어하기가 더 쉽고 라이더의 움직임에 더 빠르게 반응할 수 있습니다. 이는 경쟁적인 사이클리스트에게 주요 이점을 제공합니다.

그러나 전통적인 제조 방법으로 티타늄 또는 탄소 섬유 자전거를 만들 수 있습니다. 시간이 많이 걸리고 종종 노동 집약적인 제조 공정 때문에 까다롭습니다. 예를 들어, 탄소 섬유 자전거 프레임은 여러 조각으로 만들어지며 장인이 각 조각을 수동으로 제조해야 합니다. 티타늄 프레임의 생산은 프레임 구성 요소를 함께 용접하고 볼드화하는 데 몇 시간을 소비해야 하는 수동 작업입니다.

반면, 3D 프린팅은 티타늄과 탄소 섬유로 부품을 생산하는 더 나은 방법을 제공합니다.

첫째, 3D 프린팅은 3D CAD 모델을 사용하는 디지털 제조 프로세스입니다. 즉, 특수 도구 없이 부품을 직접 생산할 수 있습니다.

또한 3D 프린팅을 사용하면 자전거 제조업체가 시간을 절약하고 출시 시간을 단축하는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있습니다. 또한 자전거 디자이너는 기존 제조 방법으로는 달성할 수 없는 훨씬 더 많은 디자인 옵션을 탐색할 수 있습니다.

3D 프린팅은 프레임 외에도 핸들바, 체인 키퍼, 드롭아웃(휠의 축이 부착되는 프레임 또는 포크의 작은 탭) 및 러그( 프레임을 자전거의 다른 부분에 부착하는 데 사용되는 부품).

자전거 생산을 위한 3D 프린팅의 이점

디자인 유연성

3D 프린팅의 가장 큰 장점 중 하나는 3D 프린팅이 제공하는 디자인 유연성으로 특히 자전거 제조업체에게 매력적입니다. 3D 프린팅을 통해 자전거 제조업체는 다른 방법으로는 생산할 수 없는 복잡한 모양의 부품을 설계할 수 있습니다. 이는 경량 부품을 설계하여 자전거 성능을 최적화할 수 있는 기회를 제공합니다. 이것은 토폴로지 최적화 소프트웨어와 격자 구조 덕분에 달성할 수 있습니다.

토폴로지 최적화 소프트웨어는 복잡한 알고리즘을 사용하여 부품의 재료 분포를 최적화합니다. 즉, 특정 매개변수를 기반으로 소프트웨어가 부품의 강도를 손상시키지 않고 재료를 제거할 수 있는 영역을 결정합니다.

예를 들어, 영국의 자전거 제조 회사인 Empire Cycles는 3D 프린터 제조업체인 Renishaw와 협력하여 토폴로지에 최적화된 티타늄 자전거 프레임을 만들었습니다. Renishaw는 원래보다 33% 더 가벼운 새로운 프레임 디자인을 개발했습니다. 최적화된 설계는 비용이 많이 들고 기존 공정으로는 달성할 수 없는 중공 구조 및 맞춤형 요소를 특징으로 합니다.

저렴한 맞춤 설정

자전거 제조의 경우 맞춤 제작에 큰 가치가 있습니다. 맞춤설정은 자전거 디자인에 독특한 감각을 더하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 더 중요하게는 자전거 자체의 성능도 향상시킬 수 있습니다.

3D 프린팅이 제공하는 설계 유연성은 부분적으로 도구가 필요 없는 생산 덕분에 비용 효율적으로 자전거 부품을 사용자 정의할 수 있는 기능과 함께 제공됩니다.

한 사례 연구에서 자전거 엔지니어링 회사인 Ideas2cycles는 ExOne의 금속 3D 프린터를 사용하여 강철 3D 인쇄 맞춤형 자전거 부품 세트를 제작했습니다. 이러한 부품에는 러그, 브래킷, 드롭아웃 및 포크 크라운이 포함되었습니다.

맞춤형 자전거 구성 요소를 생산하려면 각 디자인이 독특하고 전용 도구가 비싸기 때문에 많은 수작업이 필요합니다. Ideas2cycles와 같은 소규모 회사의 경우 전통적인 방법을 사용하면 비용이 어마어마할 것입니다.

그러나 ExOne의 금속 바인더 젯팅 기술 덕분에 부품은 기존에 매몰 주조 패턴을 만들고 부품을 수동으로 수정하는 데 3~4주가 걸리던 대신 4일 만에 제조되었습니다. 또한 3D 프린팅은 조립당 $1,000(인건비 포함)에서 $425 USD로 제조 비용을 50% 이상 절감했습니다.

금속 3D 프린팅을 사용하여 부품을 직접 생산함으로써 시간과 비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 중요하게는 Idea2cycles의 디자이너가 전통적인 제조 제약 없이 디자인의 창의적인 측면에 집중할 수 있게 되었습니다.

시장 출시 시간 단축

탄소 섬유로 만든 자전거의 경우 3D 프린팅은 리드 타임을 크게 단축할 수 있습니다.

예를 들어, 전통적인 복합 자전거 프레임을 설계, 프로토타이핑 및 제조하는 프로세스는 거의 1년이 걸릴 수 있습니다. 또한 제조 공정은 매우 수동적이고 시간 집약적입니다. 프레임은 20~30개의 부품으로 구성되며 복합 재료 시트를 손으로 겹쳐서 만듭니다. 이러한 다단계 및 노동 집약적인 프로세스는 종종 제품의 높은 비용에 반영됩니다.

반면에 3D 인쇄 탄소 섬유 프레임을 사용하면 자전거 제조업체는 새로운 자전거를 시장에 출시하는 긴 과정.

Arevo는 탄소 섬유 자전거 프레임을 생산하기 위해 복합 3D 프린팅 기술을 개발한 회사 중 하나입니다.

Arevo는 탄소 섬유 eBike의 설계 및 생산 시간을 수개월에서 수일로 단축

부티크 자전거 제조업체인 Franco Bicycles는 캘리포니아에 기반을 둔 신생 기업인 Arevo에서 제조한 3D 인쇄 복합 프레임을 특징으로 하는 eBikes의 새로운 라인을 출시했습니다. Emery 자전거 제품군의 일부인 프레임은 Emery ONE eBike에 포함되어 세계 최초의 3D 인쇄 프레임이 있는 자전거입니다.

3D 인쇄 탄소 섬유 프레임 생산의 독특한 측면 중 하나는 전통적인 자전거 프레임에 일반적으로 사용되는 다중 부품 조립과 달리 단일 부품으로 제조되었다는 것입니다. 이를 가능하게 하는 것은 Arevo의 독점적인 로봇 3D 프린팅 프로세스와 특허 받은 제너레이티브 디자인 소프트웨어입니다.

생산에 앞서 Arevo의 소프트웨어는 CAD 설계를 최적화하고 프레임 속성을 사용자 정의할 수 있도록 합니다.

Arevo의 공동 설립자이자 CEO인 Wiener Mondesir는 "[소프트웨어 도구를 사용하여] 우리는 자전거의 특정 영역에서 강성을 조정할 수 있고 원할 경우 더 탄력 있는 승차감을 허용할 수 있습니다."라고 말합니다. . "3D 프린팅된 프레임은… 새로운 자전거를 시장에 출시하는 매우 긴 과정에 익숙한 업계에 새로운 비즈니스 모델을 열어줍니다."

디자인이 승인되면 연속 탄소 섬유로 강화된 PEEK 필라멘트를 사용하여 Arevo의 로봇 3D 프린터로 생산됩니다. 프린터에는 6축 로봇 팔에 부착된 프린트 헤드가 있습니다.

로봇 팔을 움직여서 프린트 헤드는 부품의 향상된 성능을 보장하기 위해 재료를 지속적으로 증착할 수 있습니다. 이 접근 방식은 3차원 모두에서 균일하게 강한 일체형 프레임을 만듭니다.

이 프로세스 덕분에 Emery ONE 자전거 프레임의 리드 타임은 18개월 주기에서 단 1개월 주기로 단축되었습니다. 며칠. 또한 회사는 제품 개발 비용도 크게 절감할 수 있었습니다.

3D 프린팅으로 자전거 제조 혁신

3D 프린팅은 자전거 생산에 다양한 고유한 이점을 제공하므로 소수의 전문 자전거 제조업체가 이미 3D 프린팅 구성 요소를 제품에 통합하고 있습니다.

이미 언급한 것 외에도 영국 회사인 Reynolds는 금속 3D 프린팅을 사용하여 맞춤형 스테인리스 스틸 및 티타늄 프레임 부품을 생산합니다. 회사는 3D 프린팅을 통해 더 깨끗한 가장자리와 더 엄격한 공차를 가진 부품을 생성할 수 있어 시간이 많이 소요되는 피팅 프로세스를 간소화할 수 있다고 말합니다.

그러나 우리는 자전거 산업에서 대량 생산을 위한 3D 프린팅을 보는 것과는 거리가 멀습니다. 현재 3D 프린팅은 맞춤형 고급 자전거와 같은 일회성 프로젝트에 주로 사용되며, 여기서 사용자 정의의 이점이 진정으로 빛날 수 있습니다.

3D 프린팅을 사용하면 훨씬 더 복잡한 모양을 생산할 수 있습니다. 주조 또는 단조로 가능한 것보다. 궁극적으로 자전거 생산에 3D 프린팅을 활용하면 심미적으로 아름답고 가벼우며 고성능의 자전거가 탄생합니다.

다음 기사에서는 치과용 3D 프린팅에 대해 살펴보겠습니다. 특히 투명 얼라이너에 적합합니다. 계속 지켜봐 주세요!