Scope 推出鋁合金3D 打印自行車棘輪，拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計釋放輕量化優(yōu)勢

2024年4月8日,，南極熊獲悉,，Scope——一支由荷蘭工程師、設(shè)計師和熱衷于騎行的自行車手組成的團(tuán)隊,，他們開發(fā)和銷售高性能手工打造的碳纖維車輪,。該團(tuán)隊推出了一款新型拓?fù)鋬?yōu)化的3D打印棘輪，用于其最先進(jìn)的Artech產(chǎn)品,。這款設(shè)備是又一款采用Scalmalloy材料打印的高端消費(fèi)產(chǎn)品（最近我們看到了不少類似產(chǎn)品,，從Pinarello最新的競速自行車車架到Barrelhand的“太空手表”），使該公司能夠將真正輕量級的車輪組與最佳的空氣動力學(xué)相結(jié)合,。

在自行車車輪中,，棘輪機(jī)構(gòu)是后輪轂的關(guān)鍵部件，特別是在多速自行車中,。它通常由與一個或多個棘爪嚙合的齒組成,，允許輪子沿一個方向（向前）自由轉(zhuǎn)動，同時防止其沿相反方向（向后）轉(zhuǎn)動,。

該機(jī)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)您向前踩踏板時，棘輪嚙合,，使車輪轉(zhuǎn)動并推動自行車前進(jìn),。然而，當(dāng)您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) 打印平臺上的串行 3D 打印棘輪。

棘輪系統(tǒng)可以將動力從踏板有效傳輸?shù)胶筝�,，同時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,。它在很多方面影響騎行體驗�,？諝鈩恿�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,。

△帶有3D 打印棘輪的 Artech 車輪模型之一。

設(shè)計未來的自行車車輪

Artech 輪圈的形狀由 Scope的算法增強(qiáng)空氣動力學(xué) (AEA) 技術(shù)定義。該算法優(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(zhǔn)，Scope改進(jìn)了其算法,，使其基于 3D,，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，如下面的阻力曲線所示,。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?fù)鋬?yōu)化是一種數(shù)學(xué)算法,，它根據(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,。該算法在保證所需強(qiáng)度的同時找到最輕量化的設(shè)計。有趣的是,，拓?fù)鋬?yōu)化產(chǎn)生的骨狀結(jié)構(gòu)再次展現(xiàn)了自然的力量,。

增材制造/3D 打印技術(shù)釋放了拓?fù)鋬?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(jìn)行 3D 打印,。它是德國公司 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),。

鉆石棘輪系統(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，并不適合每個口袋,。但許多自行車專業(yè)人士和愛好者會考慮（并渴望）它們,。