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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）》）本文作者認為，設(shè)計端與工業(yè)端的了解與協(xié)同合作是優(yōu)秀設(shè)計的關(guān)鍵，要設(shè)計最好的產(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打印機來制作原型零件，但有一個問題一直困擾著我：金屬3D打印價格還不夠低�，F(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重量？因為TC4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度更低的TA18鈦合金焊接而成，所以重量上沒有優(yōu)勢。

正因為3D金屬打印機可以將TC4粉末激光燒結(jié)熔融成型，能夠以相比單件CNC更低的價格生產(chǎn)高強度的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感覺到彈性。

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

其中可以調(diào)整的是耗費的金屬材料、打印時間和人工處理。以我使用的BLT-300A打印機為例，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，這部分支撐也會算入總價格中，而調(diào)整零件打印角度，改變零件細節(jié)和進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，價格早已超過產(chǎn)品本身

打印時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陣結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在分層為打印數(shù)據(jù)后會使得激光沒有辦法快速連續(xù)地進行掃掠。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)計時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)端不可能人工花費大量時間手動調(diào)整以減少顧客成本。設(shè)計端也并不理解金屬打印，在公差控制，打印效果，生產(chǎn)價格上需要花費大量時間來溝通和調(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行協(xié)同，使得電腦可以幫助我們進行重復(fù)的來回倒文件-仿真-細微修改這種對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。最終這根把立的報價在保證利潤的情況下比網(wǎng)商平臺報價降低了至少40%，我們對此無比欣喜。

▲看不懂沒關(guān)系，貴就完了

這項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大設(shè)計端的設(shè)計空間，在這之前如果需要CNC加工一支TC4的訂制把立，價格很容易飆升至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）。而一個經(jīng)驗豐富的手工鋼架制作者焊接三根鋼管的價格卻遠高于此。降低單個零件的生產(chǎn)成本，相信不光是自行車，許多設(shè)計師在未來都將因更此獲得更棒的設(shè)計體驗和更低的設(shè)計成本。

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)計階段算是一種廉價方案，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)成本能降低到一個非常低的價格。這也是我將其稱之為試驗品的原因。

責(zé)任編輯：CC