Heavy Bikes bietet einteilige Fahrradrahmen aus Aluminiumguss mit 3D-gedruckten Formen an
Der Prozess vereint die Stärken von ExOne, Liberty Pattern, Craft Pattern, Foundry Casting Systems und anderen
Heavy Bikes, ein Unternehmen, das sich auf die Herstellung von Fahrradrahmen spezialisiert hat, bietet jetzt einteilige Aluminiumrahmen aus 3D-Druckformen an. Dieser Ansatz, der im traditionellen Metallguss unüblich ist, kombiniert moderne Technologie mit einem jahrhundertealten Verfahren, um eine bahnbrechende Lösung für maßgefertigte Hochleistungsfahrräder zu liefern. Durch den Einsatz fortschrittlicher 3D-Drucktechniken revolutioniert Heavy Bikes die Art und Weise, wie Fahrradrahmen aus Metall entworfen, getestet und hergestellt werden, und macht die individuelle Anpassung zugänglicher und effizienter.
3D-Druck trifft auf Gießereitechnik
Während viele die Gießereiindustrie nicht mit Innovation in Verbindung bringen würden, sah Charlie Murray, Mitbegründer von Heavy Bikes and Foundry Casting Systems (FCS), eine Möglichkeit, moderne Technologie in den Metallguss einzubringen. Als erfahrener Unternehmer mit Fachkenntnissen in industriellen Steuerungen und Automatisierung erkannte Murray, dass Gussinkonsistenzen wie Porosität und Schrumpfung durch Prozessverbesserungen minimiert werden könnten.
Anstatt herkömmliche Methoden wie die CNC-Bearbeitung von Aluminiumbarren zu verwenden, hatte Murray eine effizientere Lösung im Sinn: die Verwendung von 3D-gedruckten Formen zur Herstellung von Gussteilen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. In Zusammenarbeit mit Gießereiexperten entwickelte FCS den Pascal-Prozess, eine einzigartige Methode, die die Gießumgebung durch Druckverfestigung optimiert. Dieser Prozess stellt sicher, dass geschmolzenes Metall die Form richtig ausfüllt, wodurch Fehler reduziert und qualitativ hochwertige, wiederholbare Ergebnisse erzielt werden.
Das Herzstück des Produktionsprozesses von Heavy Bikes ist der S-Max 3D-Drucker von ExOne, der mithilfe der Sand-Binder-Jetting-Technologie präzise Formen aus Quarzsand und Furan-Bindemittel herstellt. Der Einsatz von 3D-gedruckten Formen eröffnet neue Möglichkeiten im Gussverfahren und ermöglicht komplexe Formen und filigrane Designs, die mit herkömmlichen Werkzeugen schwierig oder gar nicht herzustellen wären.
Die Binder-Jetting-Technologie, die den Bedarf an teuren, zeitaufwendigen Hartwerkzeugen eliminiert, ermöglicht es Heavy Bikes, Entwürfe schnell zu iterieren. Für Murray war dies ein Wendepunkt: „Der 3D-Druck ermöglicht es den Menschen, das Gießen zu erforschen“, sagte er. „Früher wurden sie vielleicht wegen der Werkzeugkosten oder der Iterationskosten gemieden. Binder Jetting öffnet diese Tür.“
Durch dieses Verfahren kann Heavy Bikes einteilige, massive Aluminiumrahmen ohne Schweißnähte herstellen, ein Design, das im Vergleich zu herkömmlichen, aus Rohren geschweißten Fahrrädern einzigartige Vorteile in Bezug auf Festigkeit und Haltbarkeit bietet.
Gießerei neu erfinden
Der Pascal-Prozess von Foundry Casting Systems verbessert die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumrahmen von Heavy Bikes. Durch das Einpumpen von Inertgas in die Form während der Erstarrung erzeugt der Prozess einen Überdruck, der dazu beiträgt, dass das geschmolzene Metall die komplizierten Durchgänge der Form vollständig ausfüllt, was zu einer dichten, festen Struktur führt.
Der Schlüssel zum Pascal-Prozess liegt in der Fähigkeit, die Massenzufuhrrate während des Gießens zu erhöhen. Während ein herkömmlicher 12-Zoll-Steigrohr bei atmosphärischem Druck einen gewissen Kopfdruck erzeugen würde, liefert der Pascal-Prozess das Äquivalent eines 70-Fuß-Steigrohrs mit nur einem 1-Fuß-Steigrohr. Diese Innovation führt zu weniger Fehlern, wie z. B. Porosität, und zu stärkeren, haltbareren Gussteilen.
Einer der größten Vorteile der Verwendung von 3D-gedruckten Formen ist die Möglichkeit, jeden Fahrradrahmen an die Bedürfnisse des Fahrers anzupassen. Murray, der selbst im Radsport aktiv ist, erkannte die Bedeutung von Fahrradrahmen, die auf bestimmte Körpertypen und Fahrstile zugeschnitten sind. Dank der digitalen Natur des 3D-Drucks können Anpassungen schnell und einfach vorgenommen werden, ohne die Kosten und den Zeitaufwand, die mit herkömmlichen Formenbauverfahren verbunden sind. Diese Flexibilität ermöglichte es Heavy Bikes auch, mit verschiedenen Formen und Konfigurationen zu experimentieren.
Vom Konzept zur Realität – das Hypocrite-Fahrrad
Der erste Prototyp des Heavy Bikes, der den Namen „Hypocrite“ erhielt, wurde mithilfe einer 3D-gedruckten Form von Liberty Pattern, einem führenden Anbieter komplexer Sandgussformen, gegossen. Liberty Pattern betreibt eine Flotte von fünf ExOne S-Max 3D-Druckern, die es ermöglichen, komplizierte Formen ohne Hartwerkzeuge herzustellen. Diese Flexibilität ermöglichte es Heavy Bikes, den Hypocrite-Fahrradrahmen schnell und kostengünstig vom Konzept in die Realität umzusetzen.
Craft Pattern and Mold, ein weiterer wichtiger Partner, nutzte den Pascal-Prozess, um den Prototyp zu gießen, wobei Inertgas mit 150 psi in die Form gepumpt wurde, um sicherzustellen, dass das Aluminium auch die kleinsten, detailliertesten Abschnitte des Rahmens ausfüllt. Das Ergebnis war ein einteiliger Fahrradrahmen ohne Schweißnähte – wodurch traditionelle Schwachstellen beseitigt wurden – und mit erhöhter Festigkeit aufgrund der Druckmethode des Pascal-Prozesses.
Mit jeder Iteration verfeinerte Heavy Bikes sein Design und reduzierte das Gewicht des Rahmens, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Die neuesten Rahmen, die im September 2024 bei Denison Industries gegossen wurden, wiegen dank kontinuierlicher Verbesserungen, die durch digitales Design und 3D-Druckformen ermöglicht wurden, etwa 1,1 Pfund weniger als frühere Versionen.
Murray ist der Meinung, dass die Rahmen von Heavy Bikes mehr als nur funktional sind – sie sind auch Kunstwerke. Die Gestaltungsfreiheit, die der 3D-Druck bietet, bedeutet, dass jeder Rahmen mit einzigartigen Oberflächendesigns wie Vertiefungen oder Logos individuell gestaltet werden kann, die mit herkömmlichen Werkzeugen nur schwer oder teuer zu realisieren wären. Ob lackiert, eloxiert oder roh belassen – die Rahmen von Heavy Bikes bieten ein Maß an ästhetischer Individualisierung, das sie von anderen Fahrrädern auf dem Markt unterscheidet.
Die vollständige Fallstudie kann hier heruntergeladen werden.
