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也許你還記得世界上最輕的2.7kg自行車，整車裝備了金屬曲柄，據(jù)說是由鈦合金3D打印制作。（詳情：《可能是世上最輕的自行車（并不違反廣告法）》）本文作者認(rèn)為，設(shè)計(jì)端與工業(yè)端的了解與協(xié)同合作是優(yōu)秀設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，要設(shè)計(jì)最好的產(chǎn)品，第一步就是了解最好的材料是如何制造的。

▲鈦合金3D打印制作而成的金屬曲柄

長期以來，我都依賴金屬3D打印機(jī)來制作原型零件，但有一個(gè)問題一直困擾著我：金屬3D打印價(jià)格還不夠低。現(xiàn)在我以一根僅重83g的鈦合金3D打印94mm把立來分享自己與3D打印領(lǐng)域協(xié)同的結(jié)果：使用AI技術(shù)來優(yōu)化生產(chǎn)過程，從而有效降低成本。

▲ISO4210-5-2014 限重130kg

為什么市面上的鈦合金把立做不到這個(gè)重量？因?yàn)門C4鈦合金是一種難以處理的材料，沒有辦法低成本制作管材，也沒有辦法低成本CNC加工整根把立。幾乎所有鈦合金把立都是使用強(qiáng)度更低的TA18鈦合金焊接而成，所以重量上沒有優(yōu)勢。

正因?yàn)?D金屬打印機(jī)可以將TC4粉末激光燒結(jié)熔融成型，能夠以相比單件CNC更低的價(jià)格生產(chǎn)高強(qiáng)度的TC4鈦合金零件。這支把立的力學(xué)性能十分優(yōu)秀，最終測試結(jié)果和力學(xué)仿真十分接近，通俗講，相比超輕的鋁合金和碳纖維把立，鈦合金打印的把立在使用中幾乎不會(huì)感覺到彈性。

簡單來講，金屬3D打印的價(jià)格主要由耗費(fèi)的金屬材料、后期的人工處理、產(chǎn)品的尺寸以及打印時(shí)間來決定。

其中可以調(diào)整的是耗費(fèi)的金屬材料、打印時(shí)間和人工處理。以我使用的BLT-300A打印機(jī)為例，零件打印中需要使用相同的金屬材料來支撐零件保證外形，這部分支撐也會(huì)算入總價(jià)格中，而調(diào)整零件打印角度，改變零件細(xì)節(jié)和進(jìn)行熱仿真可以影響支撐材料的密度和長度。

▲如此密度的支撐，價(jià)格早已超過產(chǎn)品本身

打印時(shí)間由零件的擺放高度以及激光掃過的速度決定，下圖的情況中有非常多點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在分層為打印數(shù)據(jù)后會(huì)使得激光沒有辦法快速連續(xù)地進(jìn)行掃掠。擺放高度由零件尺寸決定，一根把立豎起來顯然比平放更節(jié)省空間，但需要更多的支撐材料。

▲AI優(yōu)化平滑點(diǎn)陣模型

▲生產(chǎn)過程中的激光掃掠

后期的人工處理，也就是將支撐金屬切割掉。這一步主要由支撐密度、數(shù)量、零件是否在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到去除支撐決定。

▲正在等待去除支撐材料的零件

還有一些諸如結(jié)構(gòu)、壁厚等因素。金屬3D打印和傳統(tǒng)機(jī)加工也有所不同，這些因素互相影響成本和質(zhì)量，顯然生產(chǎn)端不可能人工花費(fèi)大量時(shí)間手動(dòng)調(diào)整以減少顧客成本。設(shè)計(jì)端也并不理解金屬打印，在公差控制，打印效果，生產(chǎn)價(jià)格上需要花費(fèi)大量時(shí)間來溝通和調(diào)整圖紙。這些不理解和矛盾，就是我們協(xié)同合作的關(guān)鍵。

我們將現(xiàn)有的三維軟件和3D打印軟件的不同功能進(jìn)行協(xié)同，使得電腦可以幫助我們進(jìn)行重復(fù)的來回倒文件-仿真-細(xì)微修改這種對(duì)于人工來講邊際效應(yīng)很低的工作。無論是昂貴的鈦合金打印還是較便宜的不銹鋼和鋁合金打印，AI幫我找到了平衡。最終這根把立的報(bào)價(jià)在保證利潤的情況下比網(wǎng)商平臺(tái)報(bào)價(jià)降低了至少40%，我們對(duì)此無比欣喜。

▲看不懂沒關(guān)系，貴就完了

這項(xiàng)AI技術(shù)在不斷演化后，不光可以在保證質(zhì)量的情況下降低金屬打印的生產(chǎn)成本，還可以提高生產(chǎn)端的市場競爭力以及擴(kuò)大設(shè)計(jì)端的設(shè)計(jì)空間，在這之前如果需要CNC加工一支TC4的訂制把立，價(jià)格很容易飆升至3000元。

這根把立的不銹鋼版本的生產(chǎn)成本大約在240元135g（限重105kg）。而一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的手工鋼架制作者焊接三根鋼管的價(jià)格卻遠(yuǎn)高于此。降低單個(gè)零件的生產(chǎn)成本，相信不光是自行車，許多設(shè)計(jì)師在未來都將因更此獲得更棒的設(shè)計(jì)體驗(yàn)和更低的設(shè)計(jì)成本。

為什么使用3D打印技術(shù)制作了一根造型普通的圓管把立？總得來說，金屬3D打印的生產(chǎn)成本還是較高，但是在早期設(shè)計(jì)階段算是一種廉價(jià)方案，如果可以獲得一種媲美TC4接近TC11的鈦合金管材，那么這根鈦合金把立的生產(chǎn)成本能降低到一個(gè)非常低的價(jià)格。這也是我將其稱之為試驗(yàn)品的原因。

責(zé)任編輯：CC