Bob: Cztery rzeczy zgrały się jednocześnie: materiał, proces, wydajność i luka, której nikt nie wypełnił. Tytan to fascynujący materiał na ramę. Wysoka wytrzymałość, naturalna sprężystość, odporność na korozję, z żywotnością zmęczeniową, która znacznie przewyższa włókno węglowe. Jednak tradycyjna konstrukcja tytanowa nie może zapewnić odpowiednich profili rur aerodynamicznych. Cieniowane rurki mają fizyczne ograniczenia. Nie można kształtować profili wymaganych przez CFD, gdy pracuje się z rurkami.

Produkcja addytywna metali całkowicie eliminuje to ograniczenie. Możemy wydrukować jednoczęściową strukturę z topologicznie zoptymalizowaną geometrią wewnętrzną, profilami aerodynamicznymi i wzmocnieniami kratowymi tam, gdzie są potrzebne, wszystko w jednym procesie. Było to po prostu niemożliwe przy tradycyjnej konstrukcji.

A wyczucie czasu na rynku było idealne. Rynek karbonowych rowerów szosowych jest głęboko nasycony. Każda marka podąża za tą samą formułą, a produkty są coraz bardziej zamienne. Coraz więcej poważnych rowerzystów zadaje inne pytania: Czy to można naprawić? Czy utrzyma swoją wartość? Czy nadal będę mógł na nim jeździć za 15 lat? Nikt nie odpowiadał na te pytania, oferując prawdziwy rower wyczynowy.

Bob: Zawsze istniał przymusowy wybór w wysokiej klasy rowerach szosowych. Karbon zapewnia osiągi wyścigowe, ale starzeje się (zawsze jest aktualizowany), źle znosi uderzenia, a gdy jego konstrukcja jest naruszona, nadaje się do wyrzucenia. Tradycyjny tytan zapewnia długowieczność i doskonałe wrażenia z jazdy, ale geometria jest ograniczona, a aerodynamika gorsza. Wczesne projekty rowerów drukowanych w 3D były głównie koncepcyjne. Pokazywały, co jest możliwe, ale nie były wyrafinowanymi, gotowymi do produkcji rowerami o wysokich osiągach.

Aero One to pierwszy rower, który łączy te trzy cechy: aerodynamikę, trwałość tytanu i swobodę projektowania, jaką umożliwia drukowanie 3D z metalu.

Bob: Jest to przede wszystkim produkt wysokiej klasy do długoterminowego posiadania, choć zawiera elementy pozostałych kategorii. Nie jest to czysto rower wyścigowy w taki sposób, jak karbonowy rower wyczynowy. Włókno węglowe nadal lepiej nadaje się do tego konkretnego celu.

Aero One oferuje rower, na którym można jeździć na wysokim poziomie przez dekadę, dwie, a nawet trzy. Taki, który można naprawić, dostosować do własnej geometrii, a jeśli chcesz, przekazać dalej. Technologia jest najnowocześniejsza, widoczna w projekcie roweru, ale ostatecznym celem jest zawsze doświadczenie z jazdy i długotrwała relacja między rowerzystą a ramą.

Bob: Tytan ma bardzo wysoki stosunek wytrzymałości do masy, co właśnie to umożliwia. Smukły profil z tytanu, zwłaszcza ze wzmocnieniem wewnętrznej kratownicy, może przenosić obciążenia, które w aluminium lub stali wymagałyby znacznie większego przekroju. Celem było uzyskanie minimalnej powierzchni czołowej, minimalnej masy, wystarczającej sztywności do intensywnej jazdy oraz wynikającego z tego języka wizualnego.

Dla walidacji poddaliśmy ramę analizie naprężeń metodą FEA, testom zmęczeniowym na 100 000 cykli, testom obciążenia statycznego i uderzenia w wyniku upadku.

Obciążenie pionowe wynosi 150 kg, boczne: 80 kg. Cała rama to jedna całość bez lutowanych czy spawanych połączeń, co eliminuje słabe punkty, które budzą obawy u ludzi, gdy widzą cienką sekcję.

Bob: Takie zintegrowane podejście z bidonem optymalizuje jedną zmienną: współczynnik oporu rury dolnej, gdy zamontowana jest butelka. Ale wprowadza kompromisy w całej ramie. Ostatecznie uzyskuje się większą powierzchnię czołową, większą wrażliwość na wiatr boczny, dodatkową wagę i profil, który ma sens tylko z tą konkretną butelką w tej pozycji.

Nasze modelowanie CFD skupiało się na oporze całego roweru przy realistycznych prędkościach jazdy i kątach odchylenia. Przy prędkościach, które większość zaawansowanych rowerzystów faktycznie utrzymuje, smukła rura dolna z wąsko poszerzoną sekcją koszyka konsekwentnie zapewnia niższy ogólny opór niż szerokie, zintegrowane podejście, i jest znacznie lepsza w warunkach wiatru bocznego. Wykonaliśmy minimalną lokalną interwencję w obszarze koszyka. Wszystko inne jest zoptymalizowane pod kątem kompletnego obrazu.

Bob: Było to centralne wyzwanie całego projektu. Uzyskanie odpowiedniej trójstronnej równowagi między sztywnością boczną, aerodynamiką i wagą w tym połączeniu główki ramy pochłonęło większość czasu inżynierskiego.

Rozwiązanie jest wewnętrzne. Z zewnątrz rurka wygląda minimalistycznie, ale wewnętrznie strefa główki ramy wykorzystuje znacznie gęstszą tytanową strukturę kratową, z większą ilością materiału dokładnie tam, gdzie koncentrują się obciążenia zginające. Przejście między główką ramy, rurą górną i rurą dolną to jedna ciągła struktura drukowana w 3D bez połączeń, więc nie ma lokalnej koncentracji naprężeń na połączeniach. FEA kierowało tym, gdzie materiał był dodawany i usuwany. Zmierzyliśmy sztywność boczną w porównaniu z referencyjnymi karbonowymi ramami aero i jest ona zgodna z oczekiwaniami.

Bob: Tak naprawdę nie porównujemy się z karbonem. Struktura kosztów jest zupełnie inna, tak samo jak to, co kupujesz. Proszek tytanowy kosztuje wielokrotnie więcej niż włókno węglowe za kilogram. Sprzęt do drukowania 3D z metalu, obróbka cieplna i precyzyjne wykończenie wymagają znacznych nakładów kapitałowych. Nakłady inżynieryjne, CFD, FEA, optymalizacja topologii, testy zmęczeniowe i praca w tunelu aerodynamicznym są znaczne w przypadku produktu pierwszej generacji.

Bardziej istotnym porównaniem jest całkowity koszt posiadania w czasie. Rower wyścigowy z włókna węglowego zazwyczaj jest wycofywany z użytku po trzech do pięciu latach. Aero One jest zbudowany, aby służyć i być konserwowany przez 20 lat. Można go naprawić. Nie ulega degradacji w taki sposób, jak włókno węglowe pod wpływem powtarzających się uderzeń i ekspozycji na promieniowanie UV. Patrząc na ten okres eksploatacji, liczby wyglądają zupełnie inaczej.

Bob: Tak, i jest to jeden z najbardziej niedocenianych aspektów tytanu jako materiału ramy. Tytan jest spawalny. Uszkodzenia powierzchniowe, takie jak zarysowania i drobne wgniecenia, można wypolerować. Pęknięcia lub zlokalizowane złamania można spawać laserowo i poddawać obróbce cieplnej, z odzyskaniem wytrzymałości. W przypadku poważniejszych uszkodzeń konstrukcyjnych, zlokalizowane sekcje można ponownie wydrukować i zintegrować.

Uszkodzenia włókna węglowego, delaminacja, pęknięcia udarowe i pęknięcia naprężeniowe są zazwyczaj nieodwracalne. Gdy matryca włókien jest naruszona, nie można przywrócić integralności strukturalnej. Rama jest do wyrzucenia. W przypadku tytanu uszkodzenie to praca naprawcza, a nie koniec.

Bob: Nie sądzimy, żeby wiara była właściwym podejściem. Publikujemy dane inżynieryjne: wyniki CFD, raporty z testów zmęczeniowych, dane dotyczące wagi, dane dotyczące obciążeń konstrukcyjnych.

Organizujemy możliwości jazd testowych w kluczowych miastach, ponieważ nic nie zastąpi faktycznej jazdy na rowerze. Współpracujemy również z zewnętrznymi recenzentami, którzy ocenią go bez filtru PR. I struktura gwarancyjna również jest tego częścią.

Dożywotnia gwarancja na naprawy jest możliwa tylko dlatego, że naprawdę ufamy trwałości produktu. Dla rowerzystów, którzy chcą mniej ryzykownego wprowadzenia, nasze małe części tytanowe pozwalają ludziom doświadczyć jakości wykonania i materiału, zanim zdecydują się na ramę.

Bob: Każdy konkurent może kupić drukarkę 3D z metalu i proszek tytanowy. Barierą nie jest dostęp do sprzętu.

Barierą jest wiedza, projektowanie i lata iteracji.

Prace nad optymalizacją topologii, łączące zachowanie materiału, wymagania aerodynamiczne CFD i ograniczenia produkcji addytywnej w projekt, który faktycznie działa dla roweru, zajęły lata prób.

Nie tylko to, ale także biblioteka parametrów druku: specyficzne kombinacje charakterystyk proszku, temperatur budowy, prędkości druku i krzywych post-processingu, które zapewniają niezawodne, spójne części.

Dodatkowo, wiedza o systemach całego roweru, jak sztywność ramy, aerodynamika, prowadzenie i trwałość współdziałają, pochodzi tylko z faktycznego budowania i testowania kompletnych rowerów. 

Możesz skopiować język wizualny projektu. Nie możesz skrócić głębi inżynieryjnej, która się pod nim kryje.

Bob: Bezpośrednim priorytetem jest zestaw kół tytanowych, zaprojektowany do współpracy z pakietem aerodynamicznym Aero One. Następnie w pełni zintegrowany, wydrukowany w 3D kokpit dopasowany do geometrii ramy, a nie zaadaptowany z komponentu zewnętrznego.

W dłuższej perspektywie chcemy oferować niestandardową geometrię jako standard. Cały sens produkcji addytywnej polega na tym, że produkcja każdej ramy o innych wymiarach nie kosztuje znacznie więcej. Ta elastyczność powinna przełożyć się na prawdziwą opcję dopasowania dla każdego rowerzysty, a nie tylko ramę, która przybliża Twoje wymiary.

Bob: Stanie się ona standardowym procesem produkcji wysokiej klasy ram i komponentów. Ekonomika technologii będzie stale się poprawiać: szybsze tempo budowy, niższy koszt jednostkowy i szersze opcje materiałowe. To, co dziś wymaga znacznych inwestycji kapitałowych, za dekadę będzie bardziej dostępne.

W tym momencie rozmowa przeniesie się z „dlaczego drukowane w 3D?” na „dlaczego nie?”. Tradycyjne i addytywne podejścia będą współistnieć przez długi czas. Tradycyjna produkcja ma swoje miejsce w produkcji masowej. Ale w przypadku wysokiej klasy rowerów, myślę, że druk 3D stanie się oczekiwaną metodą produkcji, a nie wyjątkową.