ヘビーバイクスが3Dプリント金型鋳造技術を採用した新しいアルミ製ユニボディ自転車フレームを発売

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-10-6 13:51 に最後に編集されました

2024年10月6日、Antarctic Bearは、自転車フレームメーカーのHeavy Bikesが3Dプリント技術を使用してアルミフレームを開発すると発表したことを知りました。従来の金属鋳造では珍しいこのアプローチは、現代の技術と何世紀にもわたる職人技を組み合わせて、カスタムの高性能自転車に革新的なソリューションを提供します。

△ISO 4210:2015規格に準拠した3Dプリント金型を使用して一体型鋳造アルミニウムグラベルバイクをカスタマイズ
3Dプリントと鋳造を組み合わせる

多くの人が鋳造業界をイノベーションと結び付けない一方で、Heavy Bike and Casting Systems (FCS) の共同創設者である Charlie Murray 氏は、金属鋳造に最新技術を導入するチャンスを見出しました。産業用制御と自動化の分野で豊富な経験を持つ起業家として、マレー氏は、鋳造プロセスにおける多孔性や収縮などの不一致はプロセスの改善によって最小限に抑えられることを認識していました。

マレー氏は、CNC 加工によるアルミニウムビレットなどの従来の方法を選択するのではなく、3D 印刷技術を使用して金型を作成し、機械的特性を強化した鋳造品を製造するという、より効率的なソリューションを思い描きました。 FCS は鋳造の専門家と協力して、加圧凝固技術を利用して鋳造環境を最適化する独自のアプローチである Pascal プロセスを開発しました。このプロセスにより、溶融金属が効率的に金型に充填され、欠陥が削減され、高品質で再現性のある結果が得られます。

△ ExOneのS-Max Flex
大型自転車の製造プロセスの中心となるのは、ExOne の S-Max 3D プリンターです。このプリンターは、砂バインダージェッティング技術を使用して、シリカ砂とフランバインダーを使用して精密な鋳型を作成します。 3D プリントされた金型の応用により、鋳造に新たな可能性がもたらされ、従来の金型では製造が困難または不可能な複雑な形状やデザインが可能になります。

バインダージェッティングテクノロジーにより、高価で時間のかかるハードツールが不要になり、ヘビーデューティーバイクの設計を迅速に反復できるようになります。マレー氏にとって、これは3Dプリントによって鋳造プロセスの探求が可能になった画期的な技術です。これまでは、ツールコストや反復コストのために諦めざるを得なかったかもしれませんが、バインダージェッティングテクノロジーがその可能性を広げます。

Liberty Pattern 社には 5 台の ExOne S-Max 砂バインダージェッティングシステムがあり、小規模バッチプロジェクトでも鋳造用鋳型やコアを柔軟に製造できます。
3Dプリント技術を高耐久アルミ自転車フレームに応用

鋳造システムのパスカルプロセスにより、耐久性の高いアルミニウム製自転車フレームの機械的特性が大幅に向上します。このプロセスでは、凝固中に不活性ガスを金型に送り込むことで正圧を発生させ、溶融金属が金型の複雑なチャネルを完全に満たして、高密度で強固な構造を形成します。

パスカルプロセスの鍵となるのは、鋳造プロセス中に質量供給速度を高める能力です。従来の 12 インチライザーは、通常の圧力で一定のヘッド圧力を生成しますが、このプロセスを使用すると、わずか 1 フィートのライザーで 70 フィートのライザーに相当する圧力を生成できます。この革新により、鋳巣などの鋳造欠陥が大幅に減少し、鋳造品の強度と耐久性が向上します。

△ 左上：Liberty Pattern の 3D プリント砂型が鋳造の準備完了。右上: Craft Pattern and Mold が使用する FCS Pascal 鋳造プロトタイプ。左下: プロトタイプの鋳造品は後処理の準備ができています。右下: 次世代のヘビーデューティーバイクはデニソンインダストリーズで鋳造され、鋳造所で X 線検査されてアルミフレームの頑丈さが確認されます。3D プリントされた金型を使用する最大の利点の 1 つは、各バイクのフレームをライダーのニーズに合わせてカスタマイズできることです。競技サイクリストとして、マレーは特定の体型やライディングスタイルに合わせてフレームをカスタマイズすることの重要性を理解しています。 3D プリントのデジタル特性により、従来の金型製造方法に必要な高額なコストと長い時間をかけずに、調整を迅速かつ簡単に行うことができます。この柔軟性により、Heavy Bikes はさまざまな形状や構成を試すことができ、製品の競争力がさらに高まります。

概念から現実へ偽善者

同社の最初のプロトタイプ「Hypocrite」は、Liberty Pattern の 3D プリント金型を使用して鋳造されました。複雑な砂型鋳造金型の大手サプライヤーである Liberty Pattern 社は、5 台の ExOne S-Max 3D プリンターを所有しています。

もう一つの主要パートナーである Craft Pattern and Mold は、パスカル法を利用してプロトタイプを鋳造しました。パスカル法では、150 psi で不活性ガスを金型に注入し、フレームの最も小さく繊細な部分にアルミニウムが確実に充填されるようにします。その結果、溶接のない一体型の自転車フレームが実現し、従来の設計の弱点が解消され、パスカルプロセスの加圧方法によりフレームの強度が向上しました。

Heavy Bikes は、各反復ごとに設計を改良し、構造の完全性を維持しながらフレームの重量を軽減します。 2024年9月にデニソン・インダストリーズで鋳造される最新のフレームは、以前のバージョンよりも約1.1ポンド軽量化されており、これはデジタル設計と3Dプリント金型の継続的な進歩によって可能になった改良だ。このプロセスにより、溶接を必要としない一体型の頑丈なアルミフレームで頑丈な自転車を製造できるようになり、従来のチューブ溶接自転車に比べて強度と耐久性の点で明確な利点がある設計となっています。

マレー氏は、ヘビーバイクスのフレームは機能的であるだけでなく、芸術作品でもあると考えています。 3D プリントによって実現される設計の自由度は、従来のツールでは実現が困難でコストもかかることが多い独自の表面デザインで各フレームをカスタマイズできることを意味します。塗装済み、陽極酸化済み、未加工のいずれの場合でも、Heavy Bikes のフレームは、市場の他のバイクとは一線を画す美観のカスタマイズレベルを提供します。

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