（图片来源： Graham Watson）

谢菲尔德大学水星中心生产主任James Hunt，在AZoM.com上谈论3D打印空气动力学车把的开发，Bradley Wiggins先生利用该车把在2015年6月7日周日打破世界小时记录。

AC(Alexander Chilton采访)：您能向我们的读者介绍一下谢菲尔德大学水星中心的历史，并简要介绍该研究机构正在进行的研究吗?

JH(James Hunt)：水星中心成立于2010年，部分资金由ERDF(欧洲区域发展基金)支持，它汇集了现有大学中净成型制造技术和先进表征领域的专家，以世界领先的基础材料知识为基础。

目前的研究活动集中在开发新颖的材料和先进制造方法，如增材制造(3D打印)，金属粉末注入成型(MIM)和火花等离子体烧结。

我们也希望优化工艺来确保它们是坚固的和可重复的，满足行业所期望的连续性和质量要求。另一个感兴趣的领域是复杂晶格结构和可用于高能吸收和轻量级结构金属泡沫材料。

AC：(2015年6月7日)周日晚上，Bradley Wiggins先生使用装配有3D打印空气动力学车把的Pinarello自行车打破了世界小时记录，3D打印车把由水星中心开发。水星中心是如何参与该项目?

JH：尽管车把并不是由水星中心设计，但我们确实对生产工艺优化设计做了点贡献。项目的首席设计师Dimitris Katsanis效力于Pinarello公司，选择与水星中心合作，因为他知道我们具有通过增材制造方法制造大型结构组件的特殊能力，而且我们之前也与F1团队和航空公司合作。

AC：在圆形路径上尝试小时记录赛事，优化车手的空气动力学有多么重要?

JH：对于小时记录赛事，空气动力学是对平衡方程的影响很大，随着速度的增加，骑手和车子受到的空气阻力呈指数增长，所以你想骑得越快，会有更多空气阻力。

如果我们通过把骑手调整到最优位置，并利用先进空气动力学设计形状来减少阻力，车手的负担会变得更少。

AC：前英国自行车执行主任及Team Sky现任总经理Dave Brailsford先生，支持“边际收益聚合”的理念。在周日晚上的Lee Valley VeloPark，你认为3D打印的空气动力学车把给Bradley先生带来多大的“边际收益”?

JH：因为不了解背后的方程，我很难回答。控制车手和车子周围的气流需要被整体考虑，由于组件上空气流动的方式会影响后续组件的阻力，因为形成空气湍流。

 

（图片来源： 谢尔福德大学水星中心）

由于车把是抵抗空气的第一个组件，把它们设计到最理想是很重要的。更重要的是把车手调整到理想的位置，因为车手通常贡献阻力的总额2/3。3D打印的车把可以把这两个因素充分优化。

AC：为什么破纪录的空气动力学车把是由钛制成，而不像其余的自行车一样使用碳纤维呢?

JH：碳纤维制造的组件需要模具或工具来构建形状，模具和工具通常由铝制成，并且制备过程很缓慢。然后通常用手把碳纤维被放在模具中，紧随其后的是树脂注入，最后在一个高压釜内固化。所有这一切都需要时间，从设计签发到获得组件需要几周时间。

随后，任何需要改变的设计，即使是很小的，都是昂贵和费时的。钛的3D打印技术可实现更快速的设计更新，因为我们不必使用工具来构造形状。

目前钛是可获得的最好的3D打印材料，但是，人们正致力于使用在刚度和重量方面可能具有更好性能的碳纤维3D打印材料。

AC：相比于常规铸造方法，使用3D打印技术生产车有哪些优势?

JH：主要的好处还是设计更新速度，只需要我们有CAD文件，我们可以尽快地生产3D打印组件。对于铸造来说，首先做模具需要时间，特别对于只做这样的一个组件，成本较高。

此外，3D打印技术允许我们创建更复杂的形状，把空腔设计在适当的位置，使其尽可能轻。

AC：Bradley先生的身材和自行车风格会怎样影响3D打印的空气动力学车把的设计呢?

JH：这些把手与传统的铝或碳纤维车把并非没有很大的差别。然而，根据赛道测试的结果和设计的应力分析，团队可以把材料放置在正确的位置来提供所需的强度和刚度。Bradley先生倾向与把他的手以某种方式放在车把外缘的位置，所以这些部分会被修改得更舒适。

 

（图片来源： 谢菲尔德大学，水星中心）

AC：为什么专门选择Arcam公司的电子束增材制造设备来创建空气动力学车把呢?

JH：Arcam公司电子束增材制造设备非常适合于制作钛组件。在真空环境下操作，所以在熔化阶段粉末不会被氧化。

其次工艺是热运行，因此熔化前我们预热每一层粉融化，这意味着对于我们使用的特殊合金(Ti6Al4V)，过程中演变的微观组织应是强度和韧性好的，不像激光打印系统一样需要应力释放或固溶处理。

AC：水星中心未来有进一步参与其他道路赛车项目的计划吗?

JH：目前还没有计划，但我们总会希望听到其他公司想要开发技术。我们已经在过去为其他自行车制造公司制造组件，包括：最新的座位横杆，链条和后叉。这些部分可能很快会出现在自行车的展厅中。

AC：我们的读者在哪里可以找到更多的信息，关于水星中心参与Bradley先生小时记录的成功?

JH：访问我们网站www.mercurycentre.org的最新页面，或者访问大学的工程的页面http：//www.sheffield.ac.uk/faculty/engineering/enews

关于James Hunt

 

致力于开发深层修复技术和相关业务开发，James能够利用工业领域的丰富经验和材料处理技术找到最佳解决方案。

自1997年布鲁内尔大学的材料科学专业毕业以来，James花了很多时间在工业领域，获得第一手商业压缩和驱动技术的经验，用来开发新产品和新工艺。

 

新材料在线编译整理——翻译：Grubby     校正：摩天轮