加速自行车设计：3D 打印改变 The Rider Firm 的创新过程

随着全世界越来越多的人开始骑自行车通勤、探索大自然、健身或比赛，自行车制造商必须跟上日新月异的趋势和技术发展。The Rider Firm 是世界领先的直销车轮品牌之一 Hunt Bike Wheels 以及其他尖端高性能装备、组件和自行车品牌（包括 Privateer Bikes、Cairn Cycles 和 Dissent 133）背后的公司。

鉴于他们的目标是不仅仅面向最富裕的车手提供高性能自行车和组件，因此其开发过程必须比预算更多的传统自行车品牌更智能高效。通过购买一台 Form 3L 大幅面 SLA 3D 打印机，将 3D 打印技术引入公司内部，是该公司推动创新和重新定义工作流程的最新举措。

虽然自行车行业的主要制造中心在中国台湾，但 The Rider Firm 的产品开发流程却在英国本土进行，团队在很大程度上依赖 Form 3L 进行原型制造。Privateer Bikes 的开发工程师 Dan Hicks 和 Hunt Bike Wheels 的设计工程师 Patrick Brown 与我们共同探讨了他们的工作流程，以及 Form 3L 如何帮助工程团队不断创新并推出新产品。

Hunt Bike Wheels 这个名字源于公司的使命，即坚持不懈地捕捉所有可以融入产品的微小细节。该团队由经验丰富的工程师组成，他们一直在不懈努力，制造出在各种地形上都能发挥卓越性能的轮组。通过大量研究、开发和测试，他们旨在通过优化轮组的空气动力学性能来提高速度、稳定性和效率。在职业自行车比赛中，边际收益是最重要的－轮组之间的空气阻力差异微乎其微，在时速 45 公里的情况下仅为 2% 至 5%，但这一差异可能就是第一名和第十名之间的几秒之差。

Patrick Brown 向我们介绍了车轮的开发过程；工程师们首先设计出不同的轮辋轮廓，然后使用计算流体力学 (Computational Fluid Dynamics, CFD) 对其进行测试，测试过程本质上就是一个虚拟风洞。通过 CFD 分析，团队可以确定性能最佳的轮辋轮廓，然后使用 3D 打印原型进行实际测试。

对于最新的 LIMITLESS 轮组，团队通过 CFD 分析测试了约 45 种不同的轮辋轮廓，并确定了阻力最小、侧风条件下操纵性最佳的轮辋轮廓。最终，他们获得了四个前轮和三个后轮，并在德国南部的弗里德里希斯哈芬风车场进行了 3D 打印和测试。

得益于 Form 3L 的大成型体积，工程师们可以根据各部分使用的辐条孔数量，将自行车车轮打印成 5 或 6 个部分，并且一次性可以在构建平台上放置 4 个轮辋部分。经过后固化和后处理，使用环氧树脂将打印部件粘合在一起，并制成功能性原型，与轮毂、辐条和轮胎组装在一起。

在谈到使用 Grey Pro Resin 时，Patrick Brown 说 3D 打印车轮“有点柔软，但可以承受碳纤维轮组 65% 的张力。因此，可以直接制造出相当逼真的车轮，足以在风洞中使用。”

过去，Hunt Bike Wheels 会求助于第三方服务提供商来 3D 打印不同的轮毂部分，但这样做有很多弊端。首先，工程师们必须在两到三个月前将最终确定的轮毂轮廓发送出去，这将拖慢整个过程，并减少灵活性空间。事实上，现在他们拥有了 Form 3L，Brown 承认，在最近的项目中，“[他们]在下班之前就完成了最后的打印”，这意味着可以反复迭代至最后一刻。外包部件的强度也不足以将轮胎打气到足够大的压力，而且有些部件会开裂，因此无法进行测试。

“我们需要能够给轮胎打气并达到一定压力，使轮胎在车轮上形成正确的形状。对我们来说，非常重要的一点是，打印件不仅要有准确的几何形状，还要有足够的强度，这样我们才能在整个过程中获得正确的空气动力学轮廓。” Grey Pro Resin 满足了开发过程中的这些关键要求，该材料不仅几何精度高，而且能够承受轮胎打气时高达 3.5 巴的压力，令人印象深刻。Brown 还强调，Grey Pro Resin 所具有的出色表面光洁度是空气动力学测试的关键因素。

内部 3D 打印还使工程团队能够进行更多的迭代，同时降低成本。在外包时期，Hunt Bike Wheels 会在一个轮辋原型上花费大约 2000 美元。现在，借助 Form 3L，相关成本降低了 90%，约为 200 美元。

“这意味着进入风洞时，我们可以使用更多数量的轮毂，这样就可以验证更广泛的 CFD 研究。也就意味着我们可以跳过三到四个周期的产品迭代，从而获得优质产品。现在，每推出一种产品，我们都知道在首次发布时该产品的性能就会非常好，”Hick 说道。

Form 3L 是现有业务模式的重要组成部分，可以使 The Rider Firm 在竞争中保持领先地位。事实上，Hicks 表示：“通过巧妙的原型设计、精益求精的业务运营，我们能够以一半的价格为您提供与大公司具有相同空气动力性能的车轮。”

在 Privateer Bikes，工程团队将 Form 3L 用于一系列原型制造应用，包括整车车架和车架保护装置的原型制作。

在开发新系列自行车时，Privateer Bikes 的工程团队打印了整个自行车车架和一些不同尺寸的复杂车架部分。这样，他们就可以在上面安装组件，例如，将轴承和避震前叉压入车架，以确保可制造性，并仔细检查不同车架尺寸的间隙。“我们可以检查间隙、组装方式、部件是否配合，或者避震装置移动时是否会发生碰撞。”

此外，打印出整个车架后，公司内部的平面设计师还可以对车架进行喷漆，以尝试艺术性概念，并为新自行车设计贴花。使用 Grey Pro Resin 以多个较小的打印件进行 3D 打印，然后将其组装并粘合在一起，即可获得车架。一旦自行车组装完毕、部件粘合在一起后，自行车就会承受相当大的压力，“你可以相当粗暴地处理它们。”

Hicks 说：“3D 打印技术非常有用，它可以让我们尽情想象和尝试。” 他还补充说：“为营销团队提供看得见、摸得着的部件更为有用，因为当我们讨论设计时，只要使用道具向人们展示，就能更好地进行传达。”

Hicks 指出，Form 3L 对于为自行车定制车架保护装置制造原型尤其有益。在山地自行车上，链条经常会撞到链条支架，这会产生很大噪音，并可能损坏车架。因此，该团队开发了量身定制的车架保护装置，并采用橡胶制成，以便粘在链条上。

通常情况下，该团队无法制作这种部件的原型，因此他们只能将设计发送给中国台湾的供应商，由他们制作生产模具，并将最终部件的样品发送给他们。整个过程通常需要三到四个月的时间，成本约为 3000 或 4000 美元。但是如此一来，就很难对部件进行调整、迭代和优化，因为任何设计变更都需要制作新的模具，这意味着他们必须再次支付费用。

借助 3D 打印技术，Privateer Bikes 公司的工程师可以快速打印三到四种设计和原型。Hicks 说：“更改设计不再需要任何成本，这意味着将生产文件发送给制造商后，我们可以立即投入生产。” 他也补充道，这为他们节省了大约 6 个月的项目时间，以及大约 4000 或 5000 美元的生产模具制作费用。

针对这种特殊应用选择的材料是 Flexible 80A Resin，这种材料“硬度恰到好处”，适用于制造可直接粘贴在自行车上进行测试的功能性原型。数个月以来，他们一直在自行车上测试这些保护装置，检查链条仍然会在何处发生碰撞、发出噪音，并根据这些结果进行迭代。

在不久的将来，The Rider Firm 将开发更多的电动自行车及其组件。此类自行车涉及更复杂的设计，正如 Hicks 所指出的，“需要安装的组件越多，难度就越大”，而 3D 打印技术将使他们能够对所有这些设置进行原型制造。

“骑行方式因人而异”，因此 The Rider Firm 的团队很想了解人们日后会采取何种方式。在 Form 3L 的帮助下，该公司现在就能很好地应对不断变化的趋势，同时持续努力创新。