КАСТОМНЫЙ ТИТАНОВЫЙ РУЛЬ КЭМЕРОНА ВУРФА, ОТПЕЧАТАННЫЙ НА 3D-ПРИНТЕРЕ

Эксклюзивный титановый руль Pinarello, отпечатанный на 3D-принтере, всегда был синонимом инноваций и эффективности. В каждой области и сегменте Pinarello отыскивает технические решения, которые лучше всего соответствуют потребностям гонщика. С этой философией в 2015 году Pinarello был пионером в технологии Titanium Powder Bed Fusion, применённой для изготовления идеально подходящего руля для установления Часового рекорда Брэдли Уиггинсом.

Действительно, только использование инновационной технологии печати на 3D-принтере позволяет создавать индивидуальные компоненты, сочетающие в себе новаторские формы, минимальное аэродинамическое сопротивление и лучшую посадку гонщика. В последние годы эта технология стала доступной гонщикам Team Sky / Team Ineos, для которых изготавливаются рули для гонок на время, помогающие им максимально улучшить результаты, о чём свидетельствуют 4 последние победы на «Тур де Франс».

Последние несколько месяцев в Pinarello также велась работа над специальным рулём для рекордсмена велоэтапа Kona Ironman Кэмерона Вурфа. В этом случае целью было не только улучшить аэродинамику руля, специально предназначенную для спортсмена, но и интегрировать необходимую систему гидратации для гонки на 180 км. Этот проект снова демонстрирует высокий уровень универсальности, который можно достичь при помощи технологии 3D-печати.

И эта технология теперь доступна для клиентов Pinarello!

Технология печати

3D-печать или аддитивное производство - это процесс создания трёхмерного твердого тела из цифрового файла. Создание 3D-печатного объекта достигается с помощью процессов, при которых он создаётся путём укладки последовательных слоёв материала до полного создания продукта. Каждый из этих слоёв можно рассматривать как тонкое горизонтальное сечение создаваемого объекта.

Всё начинается с создания файла виртуального проекта объекта в CAD (Computer Aided Design – компьютерного проектирования) с помощью программы 3D-моделирования (для создания совершенно нового объекта) или с использованием 3D-сканера (для копирования существующего объекта). Чтобы подготовить цифровой файл для печати, программное обеспечение для 3D-моделирования «разрезает» окончательную модель на сотни или тысячи горизонтальных слоёв. Когда нарезанный файл загружается в 3D-принтер, объект может быть создан слой по слою. 3D-принтер читает каждый срез (или 2D-изображение) и смешивает его с едва заметным признаком соседних слоёв, в результате чего получается трёхмерный объект.

Краткая история

Невероятные и почти неограниченные возможности этой технологии являются относительно новыми и постоянно развиваются. Вот краткая история и основных достигнутых вех.

Начало 3D-печати можно проследить от 1976 года, когда был изобретён струйный принтер. В 1984 году адаптация и развитие концепции струйной печати изменили технологию от печати чернилами до печати с использованием материалов. В течение десятилетий разнообразные технологии 3D-печати были разработаны в нескольких отраслях.

В 1984 году Чарльз Халл изобрел стереолитографию - процесс печати, который позволяет создавать материальный трёхмерный объект из цифровых данных. Технология позволяет создавать 3D-модель с картинки и экспериментировать с формой и настройкой дизайна перед началом серийного производства.

В 1986 году была разработана технология SLS (Selective Laser Sintering - выборочное лазерное спекание), которая позволила использовать для производства нейлоновый порошок. В 1988 году FDM (Fused Deposition Modeling - моделирование методом наплавления) добавил дополнительные возможности.

В 1992 году была выпущена первая 3D-система SLA (стереолитографический аппарат). Процесс производства на ней включает в себя отверждения лазером фотополимера, жидкости с вязкостью и цветом мёда, из которой слой за слоем делаются трёхмерные детали. Несмотря на несовершенство, машина доказала, что таким образом могут быть изготовлены очень сложные объекты.

В 2005 году доктор Адриан Бойер из Университета Бата основал RepRap, инициативу с открытым исходным кодом по созданию 3D-принтера, способного печатать большинство собственных компонентов.

Этот проект должен был сделать производство более доступным, дёшево распределяя компоненты RepRap среди людей, что позволяло бы им создавать повседневные продукты самостоятельно.

В 2006 году первая машина лазерного спекания SLS стала жизнеспособной. Этот тип машины использует лазер для соединения материалов в 3D-изделии. Такой прорыв открыл пути изготовления продуктов на заказ и производство промышленных деталей по требованию, а затем был применён в протезировании. В том же году поставщик систем 3D-печати и материалов Objet, создал машину, способную печатать из нескольких материалов, включая эластомеры и полимеры.

Машина позволяла изготавливать одну деталь с различной плотностью и свойствами материалов.

В 2010 году инженеры из Университета Саутгемптона разработали и запустили в полёт первый 3D-печатный самолёт. Этот беспилотный самолёт был построен за семь дней при бюджете 5000 фунтов стерлингов. 3D-печать позволила создать самолёт с эллиптическими крыльями (при обычных методах производства это очень дорого), которые помогают улучшить аэродинамическую эффективность и свести к минимуму возникающее сопротивление воздуха.

Процессы и технологии

Возможности использования 3D-печати постоянно растут практически во всех сферах деятельности, основные из которых промышленное производство или медицина. Причины столь широкого распространения этой технологии связаны с массой её преимуществ, например:

• проектирование сложных компонентов без дополнительных затрат;

• обход ограничений при традиционных технологиях;

• простота изменения дизайна;

• отсутствие инвестиций в производственные инструменты;

• сокращение времени выхода на рынок.

Кроме того, термин «3D-печать» объединяет множество технологий, отличающихся друг от друга по свойствам материалов, качеству, стоимости и так далее, что позволяет найти лучшее решение для каждой сферы приложения.

Порошковая техника

Руль, разработанный для Кэмерона Вурфа, призван свести к минимуму аэродинамическое сопротивление, позволив гонщику достичь оптимального аэродинамического положения на велосипеде и интегрировать в руль систему гидратации. Эти характеристики потребовали нескольких модификаций оригинального руля и, при поддержке анализа CFD (вычислительной гидродинамики), привели к чрезвычайно новаторской и особой форме, что было бы очень дорого и потребовало бы длительных сроков, если бы производилось по стандартам таких технологий, как ЧПУ или карбоновое литьё. Материалом выбран титан, который сочетает в себе необходимые характеристики - лёгкость и жёсткость.

Все эти необходимые характеристики предлагает 3D-печать, в частности технология Powder Bed, которая позволяет производить определенную форму в относительно сжатые и с разумными затратами.

Существует два основных варианта технологии порошкового производства: селективное лазерное плавление и электронно-лучевой плавки. Небольшой вариацией лазерной технологии является селективное лазерное спекание.

Оба способа изготовления позволяют производить полноценные металлические детали непосредственно из металлического порошка с характеристиками, очень близкими к характеристикам целевого материала. Машина читает данные из 3D CAD модели и укладывает последовательные слои порошкового материала. Эти слои сплавляются при помощи управляемого компьютером луча. Таким образом, деталь создаётся слой за слоем. Процесс происходит в инертной атмосфере (азот или гелий) или в вакууме, что делает его пригодным для изготовления деталей из реакционно-способных материалов с высокой аффинитивностью к кислороду, например, из титана. В зависимости от используемого процесса, может быть использовано много разных материалов. Такие металлы, как сталь, титан и алюминий, стали сегодня обычным явлением для 3-печати, а исследования уже распространяются на керамику и другие.

Для уточнения в 2010 году Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) разработало набор стандартов, который классифицирует процессы аддитивного  производства на 7 категорий в соответствии со стандартной терминологией для технологий аддитивного производства.

Если интересно, вы можете обратиться к соответствующей технической литературе за дополнительной информацией.

Проект руля для Кэмерона Вурфа

Целями проекта были:

- Обеспечить полное решение: базовый руль, проставки, лежаки, держатель фляги и монтажный кронштейн компьютера должны были быть спроектированы интегрированными между собой, сохраняя при этом посадку гонщика.

- Аэродинамическое преимущество: прежде всего благодаря необходимому положению рук на руле и посадке.

- Лёгкость: в основном за счет значительного сокращения количества соединительных болтов.

Системы для триатлона могут быть сложными, и у каждого гонщика есть свои особые настройки, которые лучше всего соответствуют его потребностям. Кэмерон использовал большую металлическую пластину между лежаками для размещения питьевой фляги, которая была и тяжёлой, и создавала аэродинамическое сопротивление. На держателе фляги был размещён и компьютер, что требовало периодической корректировки положения фляги во время гонок. При использовании стандартных компонентов руля, его настройки были ограничены, что не позволяло гонщику найти лучшее соотношение аэродинамики, комфорта и удобства гидратации.

Руль для Kona 2019. Хорошо видны все улучшения:

- Изменены положение рук и посадка гонщика (лежаки наклонены вверх).

- Лежаки и подлокотники аэродинамической формы.

- Интеграция системы гидратации.

- Интеграция крепления велокомпьютера.

Процесс разработки руля

Для изготовления руля были предприняты следующие шаги:

- Сканирование гонщика. Кэмерон был помещен на велосипеде на велостанок. Область руля, включая руки гонщика, были 3D-отсканированы. Также были сделаны несколько фотографий вида сбоку, чтобы зафиксировать посадку гонщика. После этого изображения и параметры были использованы для организации необходимой посадки.

"Новый руль специально разработан для длинных дистанций триатлона. Главное, он удобнее для уставших после плавания плеч и предплечий, помогая при этом поддерживать аэродинамическое положение и рассекать воздух на велосипеде. Всё это, а также интеграция системы гидратации позволяет чувствовать себя прекрасно, когда приходит время начинать бег", - отметил Кэмерон Вурф.

Дизайн лежаков и подлокотников.

После получения данных 3D-сканирования лежаки и подлокотники были переработаны, чтобы гарантировать правильную посадку гонщика. С точки зрения аэродинамики сечения у лежаков и подлокотников были сформированы в соответствии с разработкой руля для Часового рекорда Уиггинса в 2015 году.

Руль расположен в передней части велосипеда и сильно влияет на всю его аэродинамику. Например, за проставками для подлокотников создаётся зона низкого давления из-за перехода между частями. Правильный дизайн этой зоны помогает уменьшить «обратную тягу» и, следовательно, сопротивление.

Интеграция компонентов

Кэмерон предпочитает использовать систему гидратации XLAB torpedo, поэтому была разработана система для установки её и компьютера между его руками. Для нахождения идеального положения было использовано 3D-сканирование. Крепление Garmin аккуратно расположено перед флягой и интегрировано с остальной частью системы. Дизайн также предназначен для использования со стандартными флягами для тренировок.

Дизайн базового руля.

Титановый базовый руль выбран в соответствии с предпочтениями Кэмерона Вурфа (ширина, величина спуска дропов, не интегрированные тормозные рычаги и прочее). Этот титановый руль берёт свое начало от руля для Часового рекорда Брэдли Уиггинса, а затем был скорректирован по отзывам гонщиков Team SKY / Ineos, одержавших с его помощью 4 последние победы на «Тур де Франс».

В конце концов, всё это объединяется для создания единой системы, максимально поднимающей эффективность аэродинамического руля с системой гидратации.

Доступность для клиентов Pinarello

После нескольких лет опыта разработки и производства специальных рулей для самых успешных профессиональных гонщиков, Pinarello теперь может предложить своим клиентам возможность настройки триатлонного руля для Bolide TR с использованием инновационной технологии 3D-печати из титана (под брендом запчастей MOST).

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу: info@provelo.ru