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

2024年4月8日，南極熊獲悉，Scope——一支由荷蘭工程師、設(shè)計(jì)師和熱衷于騎行的自行車手組成的團(tuán)隊(duì)，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(duì)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(jìng)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(jí)的車輪組與最佳的空氣動(dòng)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(gè)或多個(gè)棘爪嚙合的齒組成，允許輪子沿一個(gè)方向（向前）自由轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)防止其沿相反方向（向后）轉(zhuǎn)動(dòng)。

該機(jī)構(gòu)對(duì)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(shí)，棘輪嚙合，使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)并推動(dòng)自行車前進(jìn)。然而，當(dāng)您停止踩踏或向后踩踏時(shí)，棘輪會(huì)脫離，從而使車輪自由旋轉(zhuǎn)，而無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)踏板或鏈條。

△金屬激光粉末床融合 (L-PBF) 打印平臺(tái)上的串行 3D 打印棘輪。

棘輪系統(tǒng)可以將動(dòng)力從踏板有效傳輸?shù)胶筝�，同時(shí)無(wú)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(jiǎn)單而有效的設(shè)計(jì)。

在任何競(jìng)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(yàn)�？諝鈩�(dòng)力學(xué)和輕量級(jí)的結(jié)合使 Artech 在競(jìng)爭(zhēng)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(lái)一場(chǎng)革命。

△帶有3D 打印棘輪的 Artech 車輪模型之一。

設(shè)計(jì)未來(lái)的自行車車輪

Artech 輪圈的形狀由 Scope的算法增強(qiáng)空氣動(dòng)力學(xué) (AEA) 技術(shù)定義。該算法優(yōu)化了最具空氣動(dòng)力學(xué)性能的輪輞輪廓，保證了最佳的空氣動(dòng)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(dòng)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(shí)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(guó) Silverstone Sport Engineering 風(fēng)洞中測(cè)量（2023 年 6 月）。

打印未來(lái)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(jì)空間來(lái)優(yōu)化輪轂殼體的形狀。該算法在保證所需強(qiáng)度的同時(shí)找到最輕量化的設(shè)計(jì)。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(shí)現(xiàn)了極其堅(jiān)固且輕質(zhì)的輪轂設(shè)計(jì)。 Artech 輪轂殼在德國(guó)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(guó)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(jí)方程式賽車等行業(yè)。

鉆石棘輪系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jià)為 4,000 歐元，并不適合每個(gè)口袋。但許多自行車專業(yè)人士和愛(ài)好者會(huì)考慮（并渴望）它們。