Eerste 3d geprinte MTB frame

Mark heeft en interessant bericht gevonden achter deze link. Het betreft het eerste metalen (Titanium legering) 3D geprinte frame. Interessante technologische ontwikkelingen:

Renishaw, de enige producent in het Verenigd Koninkrijk van machines voor additieve productie van metalen onderdelen, heeft in samenwerking met een vooraanstaand Brits bedrijf dat fietsen ontwikkelt en produceert het eerste 3D geprinte metalen fietsframe ter wereld gecreëerd. Empire Cycles profiteerde bij het ontwerpen van de mountainbike van de voordelen die Renishaws additieve productietechnologie biedt, door een titanium frame te maken dat dankzij topologische optimalisatie zowel sterk als licht is: het nieuwe frame is zo'n 33% lichter dan zijn voorganger.
Het frame is in onderdelen op additieve wijze geproduceerd van een titaniumlegering en daarna samengelijmd. Dit heeft een aantal voordelen:
Ontwerpvrijheid

• Snelle iteraties; flexibiliteit om het ontwerp te verbeteren tot het moment van productie 
• Mogelijkheid om vormen te maken via topologische optimalisatie (zie verderop) 
• Ultieme aanpassing en maatwerk: één exemplaar net zo gemakkelijk te produceren als hele series

Bouw

• Complexe vormen met inwendige versterkingen 
• Holle structuren 
• Ingebouwde kenmerken, zoals de naam van de berijder

Prestatie, titaniumlegering

• Zadelpen 44% lichter dan versie van aluminiumlegering 
• Buitengewoon sterk: getest volgens EN 14766 
• Bestand tegen corrosie; lange levensduur

Empire Cycles is een uniek Brits bedrijf in het noordwesten van Engeland dat fietsen ontwerpt en produceert. Met passie en prachtige Britse techniek creëert het bedrijf topproducten met innovatieve constructies voor de mountainbikers en fietscrossers van deze wereld.
Het Griekse woord 'topo' betekent 'plaats'. De daarnaar vernoemde topologische optimalisatiesoftware bepaalt de 'logische plaats' van materiaal, normaal gesproken via iteratieve stappen en eindige-elementenanalyse. Van gebieden met lage spanningen wordt materiaal verwijderd, totdat het ontwerp geoptimaliseerd is voor de optredende krachten. Het resulterende model is zowel licht (dankzij het geringe volume) als sterk.
In hun samenwerking hebben Renishaw en Empire Cycles het fietsontwerp geoptimaliseerd voor additieve productie, en veel naar onderen gerichte oppervlakken geëlimineerd die anders allerlei ondersteunende structuren nodig hadden gehad.

Titaniumlegeringen krijgen bij gebruik in additieve productieprocessen een hoge treksterkte (UTS) van meer dan 900 MPa en kunnen een vrijwel perfecte dichtheid van 99,7% bereiken. Dat is beter dan bij gieten en heeft weinig invloed op de sterkte, aangezien eventuele porositeiten klein en bolvormig zijn.
Het project heeft als doel om een volledig functionerende fiets te fabriceren, dus de zadelpen werd getest volgens norm EN 14766 voor mountainbikes. De pen weerstond 50.000 cycli van 1200 N en kon probleemloos het 6-voudige van de norm doorstaan.
Het testen van het gehele fietsframe gaat nog verder, in het laboratorium van Bureau Vertitas UK en in berglandschap. Daar worden in samenwerking met de universiteit van Swansea draagbare sensoren ingezet.

Titaniumlegeringen hebben een hogere dichtheid dan aluminiumlegeringen, namelijk respectievelijk ongeveer 4 g/cm³ en 3 g/cm³. Een onderdeel gemaakt van een titaniumlegering kan dus alleen lichter zijn dan hetzelfde onderdeel in een aluminiumlegering, als uit het ontwerp alle materiaal weggelaten wordt dat niet bijdraagt aan de sterkte van het onderdeel.
De oorspronkelijke aluminium zadelpen was 360 g en de holle titanium versie weegt 200 g, een gewichtsbesparing van 44%.
En dat is nog maar de eerste iteratie; met meer analyse en tests kan het gewicht nog verder omlaag.
Het oorspronkelijke fietsframe weegt 2100 g. Door herziening van het ontwerp voor additief produceren is het gewicht gezakt tot 1400 g, een besparing van 33%.
Er bestaan nog lichtere fietsen van koolstofvezel, maar daar heeft Chris Williams, directeur van Empire Cycles, al onderzoek naar gedaan: "De degelijkheid van koolstofvezel haalt het niet bij die van metaal. Zulke fietsen zijn prima voor op de weg, maar als je ermee een berg af racet dan loop je de kans dat het frame beschadigd raakt. Ik overdimensioneer mijn fietsen om zeker te zijn dat er geen garantieclaims komen."

Voor de rest van de tekst of de studies ide in downloadbaar format op de site staan deze link klikken.