方鲲1 刘康2 李同辉3
1.北京纳盛通新材料科技有限责任公司
图1 一体成型3D打印CFRTP自行车
虽然有很多自行车制造商都已经使用3D打印技术来生产自行车零件，但是没有任何一种自行车的整个车架都由单件材料（碳纤维）制成。美国一家生产轻质、抗冲击自行车和电动自行车的品牌Superstrata，利用新进的碳纤维复合材料和创新的3D打印技术，而且每辆车都是按照用户的尺寸要求和骑乘风格而订制。这款自行车因此被认为是世界上第一辆一体式碳纤维3D打印自行车。
按照18种精确的身材尺寸测量值，每个车架都单独打印，能适应1.4m到2.2m的车手骑行。
图2 量身定制每一辆自行车
自行车的整体框架是通过3D打印连续碳纤维热塑性塑料制成的，这种材料比目前市场上的任何传统碳纤维框架都要坚固。热塑性材料的使用不仅使自行车更坚固、更耐冲击，而且重量更轻，Superstara的重量仅为1.27千克。
图3 一体成型车架
基于对在下一代飞机上才能见到的热塑性碳纤维复合材料类型的应用，该公司令复合材料的构建过程更加现代化，有这种专有的复合材料3D打印技术制造的一体式碳纤维车架，要比芳纶纤维更强，比两瓶水更轻。强度/重量比是钢的61倍，且看冲击性能更好。
据说这种一体式车架结构的强度与动力辅助推进的耐力相匹配。3D打印的碳纤维车轮也非常适合这种碳纤维自行车。由于能够提供从人行道到小路行驶的多功能性，因此Superstrata非常适合在开放的道路及封闭的道路上行驶。
图4 碳纤维复合材料车轮
整辆Superstrata未使用胶水、接头和螺栓，仅使用了不会分离的连续碳纤维热塑性复合材料。这使其重量与其他高端碳纤维自行车相近，并确保了构建过程不会产生失效。
图5 3D打印一体成型
碳纤维的比重约为1.5到2.0克每立方厘米（不到钢的四分之一），相对于大部分金属材料都要小很多，即便很轻的铝（比重约为2.7克每立方厘米）也要比碳纤维高出很多。因此，使用碳纤维制成的车架，比钛制或铝制的车架要轻得多。
据官方数据显示，Superstrata 的标准重量仅为2.8磅（约1.3千克），这个质量基本上和两瓶水的质量相似。
无论是专业的骑手还是业余爱好者，这一点优势都是一个福音，车身质量的降低，意味着骑行更加省力。
图6 碳纤维热塑性复合材料自行车
该车型的车架通过使用的连续碳纤维3D打印技术进行框架整体的生产，这意味着不需要将不同的自行车组件固定在一起所需的螺丝、胶水、焊接工艺等。如此以来，该车架比传统碳车架坚固许多倍，更耐冲击。
图7 与传统车架的比较
此外，由于每件都是单件印刷，而不是像许多碳纤维车架那样被粘在一起，因此这种自行车车架具有极强的“抗冲击性”。
对于自行车业余爱好者来说，极强的抗冲击性可能不太重要， 但对于专业的骑手或者喜欢竞速的骑手来说，这个优势和第一点同等重要。
曾两次参加奥运会的前奥运选手和赛车纪录世界纪录保持者Sky Christopherson表示：“我的奥运自行车轻巧，但用力推或撞到会破裂。拥有一辆像其他碳纤维自行车一样轻便但真正坚韧的自行车，这是梦想成真。”因此，Sky Christopherson和其他专业骑手都非常关注这批自行车的生产。
该车型的车架和前叉经过3D打印定制，每件均为一件，可以定制适合4'7“至7'4”的骑手，每个车架使用18种不同的测量值作为基础。
Superstrata可以根据购车者的身高、体重、手臂和腿部的长度以及骑行姿势等因素，提供超过250,000个独特的组合。
Superstrata在2020年底推出了Superstrata商店，可在其网上商店直接订购。
Superstrata商店采用Superstrata Studio，这是一个定制配置平台。该系统允许购买者输入自己想要的尺寸、喜欢的风格、所需的颜色/设计和组件级别，以配置自己的个性化自行车。
此外，公司还在它的官方门户网站上推出了定制产品和高级在线配置器，以满足客户的定制化需求。
以往的物品定制，小到生日礼品大到汽车，购买者都需要很长时间，而且物件越大越复杂需要的时间越长。
而Superstrata采用3D打印技术生产，比传统的定制工艺要节约很多时间，而且利用AREVO的DED 3D打印工艺，还可以对自行车进行大量定制。
客户发送他们的测量结果，Superstrata将3D打印自行车到辐条，每帧制作大约需要10个小时，大大减少了用户等待的时间。
该车型的车架由屡获殊荣的自行车设计师比尔·斯蒂芬斯（Bill Stephens）设计，车架是一体成型的且没有下潜管，这使得车架整体看起来很是炫酷。
此外，自定义车架可以适应不同的骑行风格（赛车，街道，碎石或旅行），有一辆独属于自己风格的自行车，想想都很是欣慰。
与传统的自行车相比，Superstrata无疑使人眼前一新，也给自行车行业带来了巨大的转变。
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原文始发于微信公众号（前沿材料）：5大亮点！世界首创！3D打印碳纤维热塑性复合材料自行车
