Scope 推出適用于Artech自行車車輪的 Scalmalloy 3D 打印棘輪

Scope是一個由工程師,、設(shè)計師和熱情的自行車手組成的荷蘭團隊，開發(fā)和銷售高性能手工碳纖維車輪,。2023年4月,，南極熊獲悉Scope為其最先進的 Artech 產(chǎn)品推出了一種新型拓撲優(yōu)化的 3D 打印棘輪，這是一種用 Scalmalloy材料打印的高端消費產(chǎn)品(Scalmalloy是一種由 AP Works 為先進航空航天應(yīng)用開發(fā)的高強度鈧鋁鎂合金),，能夠?qū)⒄嬲�的輕質(zhì)輪組與最佳的氣動力學(xué)性能結(jié)合起來。


△帶有 3D 打印棘輪的 Artech 車輪模型之一

在自行車車輪中,，棘輪機構(gòu)是后輪轂的關(guān)鍵部件,，特別是在變速自行車中，通常由與一個或多個棘爪嚙合的齒組成,，控制車輪沿一個方向（向前）自由轉(zhuǎn)動,，防止其沿相反方向（向后）轉(zhuǎn)動。

該機構(gòu)對于自行車飛輪或飛輪系統(tǒng)的功能至關(guān)重要,。當(dāng)行駛者向前踩踏板時,，棘輪嚙合,、車輪轉(zhuǎn)動并推動自行車前進。然而,，當(dāng)行駛者停止踩踏或向后踩踏時,，棘輪會脫離，從而使車輪自由旋轉(zhuǎn),，而無需轉(zhuǎn)動踏板或鏈條,。


△金屬激光粉末床融合 (L-PBF) 打印平臺上的 3D 打印棘輪

棘輪系統(tǒng)可實現(xiàn)從踏板到后輪的高效動力傳輸，無需不斷踩踏板即可滑行,，這是大多數(shù)現(xiàn)代自行車中都采用的簡單而有效的設(shè)計,。在任何競技自行車比賽中，輕量化車輪的重要性都不可低估,，在很多方面影響騎行體驗,。空氣動力學(xué)和輕量級的結(jié)合使 Artech 在競爭中脫穎而出,。借助 Artech,，Scope 使得使用 Aero 輪組參加環(huán)法自行車賽爬坡賽段成為可能，從而為自行車行業(yè)帶來一場革命,。

設(shè)計未來的自行車車輪
Artech 輪圈的形狀由 Scope 的算法增強空氣動力學(xué) (AEA) 技術(shù)定義,，優(yōu)化了最具空氣動力學(xué)性能的輪輞輪廓，保證了最佳的空氣動力學(xué)性能,。最初的 AEA 算法于 2017 年與代爾夫特理工大學(xué)（航空航天工程）合作開發(fā),，是基于 2D 的，并在優(yōu)化中考慮了輪輞和輪胎的相互作用效應(yīng),。為了重新定義空氣動力學(xué)的基準,，Scope 改進了其算法，將帶有組件的完整自行車納入優(yōu)化,。

為了研究 Aeroscales 的效果,，Scope 創(chuàng)建了包含和不包括 Aeroscales 的 Artech 輪圈的 3D 打印原型，帶有 Aeroscales 的輪圈在偏航角 10 度以上和以下時阻力顯著降低,。


△Aeroscales 顯著減少了 10 度偏航角以上和以下的阻力,。在英國 Silverstone Sport Engineering 風(fēng)洞中測量（2023 年 6 月）。

打印未來的自行車車輪
拓撲優(yōu)化是一種數(shù)學(xué)算法,，根據(jù)一組載荷工況和給定的設(shè)計空間來優(yōu)化輪轂殼體的形狀,，在保證所需強度的同時找到最輕量化的設(shè)計。

3D打印技術(shù)釋放了拓撲優(yōu)化的潛力,，從而實現(xiàn)了極其堅固且輕質(zhì)的輪轂設(shè)計,。 Artech 輪轂殼在德國使用 Scalmalloy 材料（一種高性能鋁鈧合金材料）進行 3D 打印，是德國公司 APWorks專門為增材制造開發(fā)的第一批合金之一,，如今主要用于航空航天和一級方程式賽車等行業(yè),。

棘輪系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計可降低棘輪齒上的峰值張力,，與類金剛石碳涂層相結(jié)合，使得 Scope 能夠應(yīng)用更輕的鈦材料,，從而與 Scope Race 系列的鋼制金剛石棘輪相比減輕了重量,。 Artech 車輪的標(biāo)價為 4,000 歐元，這并不便宜,，更適合許多自行車專業(yè)人士和騎行愛好者,。