Bob: Najednou se sešly čtyři věci: materiál, proces, výkon a mezera, kterou nikdo nevyplnil. Titan je přesvědčivý materiál rámu. Vysoká pevnost, přirozená poddajnost, odolnost proti korozi a životnost proti únavě, která výrazně překonává uhlíková vlákna. Ale tradiční titanová konstrukce nemůže poskytnout správné aero profily trubek. Konické trubky mají fyzické limity. Nemůžete tvarovat tvary, které CFD vyžaduje, když pracujete s trubkami.

Kovová aditivní výroba toto omezení zcela odstraňuje. Můžeme tisknout jednodílnou strukturu s topologicky optimalizovanou vnitřní geometrií, aero profily a mřížkovou výztuží tam, kde je to potřeba, vše v jedné konstrukci. To nebylo s tradiční konstrukcí jednoduše možné.

A načasování na trhu se zdálo správné. Trh s karbonovými silničními koly je silně nasycený. Každá značka se honí za stejným vzorcem a produkty jsou stále více zaměnitelné. Rostoucí počet vážných jezdců si klade jiné otázky: Lze to opravit? Udrží si to svou hodnotu? Budu na tom moci jezdit i za 15 let? Nikdo neodpovídal na tyto otázky s řádným výkonnostním kolem.

Bob: V segmentu špičkových silničních kol vždy existovala vynucená volba. Karbon nabízí závodní výkon, ale stárne (vždy se aktualizuje), špatně snáší nárazy a jakmile je strukturálně poškozen, je s ním konec. Tradiční titan nabízí dlouhou životnost a skvělý pocit z jízdy, ale geometrie je omezená a aerodynamika je kompromitována. Rané projekty 3D tištěných kol byly většinou koncepty. Ukazovaly, co je možné, ale nejednalo se o propracovaná, sériově vyráběná výkonnostní kola.

Aero One je první kolo, které se nachází na křižovatce všech tří: aerodynamika, odolnost titanu a svoboda designu, kterou umožňuje 3D tisk kovů.

Bob: Je to primárně špičkový produkt s dlouhou životností, i když obsahuje prvky ostatních. Není to čistokrevné závodní kolo v tom smyslu, jako karbonové výkonnostní kolo. Uhlíková vlákna jsou pro tento konkrétní cíl stále vhodnější.

Co Aero One nabízí, je kolo, na kterém můžete jezdit na vysoké úrovni deset, dvě nebo tři desetiletí. Kolo, které lze opravit, přizpůsobit vaší geometrii a, pokud chcete, předat dál. Technologie je špičková, viditelná v designu kola, ale konečným cílem je vždy zážitek z jízdy a dlouhodobý vztah mezi jezdcem a rámem.

Bob: Titan má velmi vysoký poměr pevnosti k hmotnosti, což to umožňuje. Štíhlý profil z titanu, zvláště s vnitřní mřížkovou výztuží, dokáže nést zatížení, které by u hliníku nebo oceli vyžadovalo mnohem větší průřez. Cílem byla minimální čelní plocha, minimální hmotnost, dostatečná tuhost pro jízdu s vysokou intenzitou a s tím spojený vizuální jazyk.

Pro ověření jsme rám podrobili stresové analýze FEA, únavovému testování na 100 000 cyklů, statickému zatížení a testování nárazem při pádu.

Svislé zatížení je dimenzováno na 150 kg, boční: 80 kg. Celý rám je z jednoho kusu bez pájených nebo svařovaných spojů, což eliminuje slabá místa, která lidi znepokojují, když vidí tenký profil.

Bob: Tento přístup s integrovanou lahví optimalizuje jednu proměnnou: součinitel odporu spodní trubky s namontovanou lahví. Ale zavádí kompromisy napříč celým rámem. Výsledkem je větší čelní plocha, větší citlivost na boční vítr, vyšší hmotnost a profil, který dává smysl pouze s touto konkrétní lahví v této poloze.

Naše CFD modelování se zaměřilo na celkový odpor kola v realistických rychlostech jízdy a úhlech vybočení. Při rychlostech, které většina špičkových jezdců skutečně udržuje, štíhlá spodní trubka s úzce rozšířenou oblastí košíku konzistentně poskytuje nižší celkový odpor než široký integrovaný přístup, a je výrazně lepší v podmínkách bočního větru. Provedli jsme minimální lokální zásah v oblasti košíku. Vše ostatní je optimalizováno pro celkový obraz.

Bob: Byla to hlavní výzva celého projektu. Vyvážení boční tuhosti, aerodynamiky a hmotnosti v tomto spoji hlavové trubky, na to padla většina inženýrského času.

Řešení je vnitřní. Zvenčí vypadá trubka minimalisticky, ale vnitřně zóna hlavové trubky využívá mnohem hustší mřížkovou strukturu z titanu, s větším množstvím materiálu přesně tam, kde se koncentrují ohybové zatížení. Přechod mezi hlavovou trubkou, horní trubkou a dolní trubkou je jedna souvislá 3D tištěná struktura bez spojů, takže na spojích nedochází k lokální koncentraci napětí. FEA řídila, kde byl materiál přidán a odstraněn. Měřili jsme boční tuhost proti referenčním karbonovým aero rámům a drží se.

Bob: Nebereme si příklad z karbonu. Nákladová struktura je úplně jiná, stejně jako to, co kupujete. Titanový prášek stojí násobně více než uhlíková vlákna na kilogram. Zařízení pro 3D tisk kovů, tepelné zpracování a přesné dokončování vyžadují značné kapitálové investice. Investice do inženýrství, CFD, FEA, topologické optimalizace, únavového testování a práce ve větrném tunelu jsou pro produkt první generace značné.

Relevantnější srovnání je celková cena vlastnictví v průběhu času. Karbonové závodní kolo se obvykle vyřadí za tři až pět let. Aero One je vyrobeno tak, aby se na něm jezdilo a udržovalo po dobu 20 let. Lze ho opravit. Nekazí se tak, jako karbon pod opakovaným nárazem a UV zářením. Když se na to podíváme z hlediska životnosti, čísla vypadají úplně jinak.

Bob: Ano, a to je jeden z nejpodceňovanějších aspektů titanu jako materiálu rámu. Titan je svařitelný. Povrchová poškození, jako jsou škrábance a drobné promáčknutí, lze vyleštit. Praskliny nebo lokální zlomeniny lze laserově svařit a tepelně ošetřit s obnovou pevnosti. Pro závažnější strukturální poškození lze lokální části znovu vytisknout a integrovat.

Poškození uhlíkových vláken, delaminace, nárazové zlomeniny a únavové praskliny jsou obecně nevratné. Jakmile je vláknitá matrice kompromitována, nelze obnovit strukturální integritu. Rám je hotový. S titanem je poškození opravou, nikoli koncem.

Bob: Nemyslíme si, že víra je správný rámec. Zveřejňujeme technické údaje: výsledky CFD, zprávy o únavových testech, údaje o hmotnosti, údaje o strukturálním zatížení.

Budujeme možnosti testovacích jízd v klíčových městech, protože nic nenahradí skutečnou jízdu na kole. Pracujeme také s recenzenty třetích stran, kteří to budou hodnotit bez PR filtru. A záruční struktura je také součástí toho.

Pokrytí oprav po celou dobu životnosti je možné pouze proto, že jsme si skutečně jisti odolností produktu. Pro jezdce, kteří chtějí méně rizikový úvod, naše malé titanové díly umožňují lidem zažít kvalitu výroby a materiálu, než se zavážou k rámu.

Bob: Každý konkurent si může koupit kovovou 3D tiskárnu a titanový prášek. Bariérou není přístup k vybavení.

Bariérou jsou znalosti, design a léta iterací.

Práce s topologickou optimalizací, kombinující chování materiálu, požadavky na aero CFD a omezení aditivní výroby do designu, který skutečně funguje pro kolo, trvala roky zkoušek.

Nejen to, ale i knihovna tiskových parametrů: specifické kombinace vlastností prášku, teploty stavby, rychlosti tisku a křivek následného zpracování, které produkují spolehlivé, konzistentní díly.

A k tomu všemu znalosti systémů celého kola, jak se vzájemně ovlivňuje tuhost rámu, aerodynamika, ovladatelnost a odolnost, pochází pouze ze skutečné stavby a testování kompletních kol. 

Vizuální jazyk designu můžete zkopírovat. Inženýrskou hloubku pod ním však nelze zkrátit.

Bob: Bezprostřední prioritou je titanová sada kol, navržená tak, aby fungovala s aerodynamickým balíčkem Aero One. Poté plně integrovaný 3D tištěný kokpit, který je sladěn s geometrií rámu, spíše než adaptován z komponentu třetí strany.

Dlouhodobě chceme nabídnout vlastní geometrii jako standard. Celá pointa aditivní výroby spočívá v tom, že každý rám nestojí podstatně více na výrobu s různými rozměry. Tato flexibilita by se měla promítnout do skutečné možnosti přizpůsobení pro každého jezdce, nikoli jen do rámu, který se přibližuje vašim rozměrům.

Bob: Stane se standardním výrobním procesem pro špičkové rámy a komponenty. Ekonomika této technologie se neustále zlepšuje: vyšší rychlosti stavby, nižší náklady na díl a širší možnosti materiálu. Co dnes vyžaduje značné kapitálové investice, bude za deset let dostupnější.

V té chvíli se konverzace přesune z „proč 3D tisk?“ na „proč ne?“. Tradiční a aditivní přístupy budou dlouho koexistovat. Tradiční výroba má své místo ve velkoobjemové výrobě. Ale pro špičková kola si myslím, že 3D tisk se stane očekávanou výrobní metodou, nikoli výjimečnou.