在風(fēng)馳電掣的MotoGP?摩托車賽事中，車輛性能的提升對比賽結(jié)果有很大的影響。屢嘗勝績的Moto2車隊TransFIORmers在創(chuàng)新的前懸架系統(tǒng)中采用了先進增材制造(金屬3D打印)技術(shù)，并籍此獲得了巨大的競爭優(yōu)勢。
背景
MotoGP世界摩托車錦標賽中出現(xiàn)的賽車均為特制車型，普通大眾無法接觸和購買，而且它們也不適合在公路上騎行。賽車專用的摩托車需要專門定制 — 各家制造商紛紛使出渾身解數(shù)，確保其車輛性能優(yōu)于對手，賽道表現(xiàn)最佳。
Moto2是MotoGP賽事三個級別中的第二級，創(chuàng)立于2010年。該級別使用的官方引擎是600cc四沖程量產(chǎn)發(fā)動機，目前由日本本田公司提供。TransFIORmers是一支來自法國的Moto2車隊，總部設(shè)在法國西南部的佩里格，目前正致力于徹底革新前懸架的設(shè)計以保持賽車的領(lǐng)先優(yōu)勢。
TransFIORmers車隊由前摩托車世錦賽250cc級別組車手Christian Boudinot領(lǐng)導(dǎo)，而其創(chuàng)新懸架系統(tǒng)的設(shè)計靈感則來自于法國傳奇人物、摩托車設(shè)計師Claude Fior — 他生前是Boudinot的導(dǎo)師兼摯友。
Fior很早便意識到將前懸架從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中分離能夠獲得更好的性能表現(xiàn)。該設(shè)計解決了“制動俯沖”的問題，可實現(xiàn)摩托車在入彎時更晚制動，而出彎時更早加速。
相比傳統(tǒng)的伸縮式前叉懸架，TransFIORmers摩托車采用了獨立的剛性前叉懸架系統(tǒng)，并通過兩個叉形臂與底盤相連。
為了進一步優(yōu)化這一創(chuàng)新懸架設(shè)計，TransFIORmers找到了I3D Concept公司，其在金屬增材設(shè)計與制造領(lǐng)域居世界一流水平。
I3D Concept公司與TransFIORmers車隊密切合作，采用雷尼紹的AM250增材制造系統(tǒng)優(yōu)化了上部叉形臂組件(兩組叉形臂共同將前叉與底盤相連，它們對摩托車的操控非常重要)的設(shè)計。
挑戰(zhàn)
在Moto2摩托車新組件的設(shè)計開發(fā)過程中，減輕重量是一項優(yōu)先要務(wù)，尤其應(yīng)重點考慮減輕摩托車的“非簧載質(zhì)量”。非簧載質(zhì)量越輕，懸架在振動(抖動)控制方面的性能就越好，同時其對制動和加速的反應(yīng)也就越快。
同等重要的工作還包括提高新組件的改進速度，以及縮短再制所花費的時間。要在競爭激烈的環(huán)境中做到最好，則需要有快速且精確的產(chǎn)品迭代。
由12個部件組成的原始組件
在要求高可靠性的比賽環(huán)境中，機械強度則是另一個需要著重考慮的因素。只有當TransFIORmers摩托車的叉形臂組件達到最高水平的剛度，才能夠應(yīng)對行駛過程中極高的動態(tài)轉(zhuǎn)向力。
“為提高摩托車的整體性能，最重要的便是減輕減震器后方所有組件的重量。若無法優(yōu)化組件重量，就可能會對減震、制動和加速造成不利影響，因此，減重始終是我們優(yōu)先考慮的一個因素，”TransFIORmers車隊的機械工程師Jér?me Aldeguer說。
解決方案
TransFIORmers摩托車的原始叉形臂組件由鋼材制成，并通過手工打造完成;該組件包含十二個單獨加工并焊接在一起的部件。I3D Concept公司將設(shè)計整合為單件式組件，從而大大縮短了裝配時間。
該公司采用雷尼紹AM250增材制造系統(tǒng)來生產(chǎn)金屬3D打印叉形臂;他們首先使用不銹鋼材料制作出原型，最后則用鈦合金材料制造出重量更輕的成品部件。
新3D組件設(shè)計的關(guān)鍵是拓撲優(yōu)化的迭代過程，由于車身具有嚴格的空間限制，叉形臂布局需要用軟件連續(xù)進行合理規(guī)劃，以便滿足一系列預(yù)定義的前叉負載條件要求。
CAD軟件中的叉形臂組件
當最終的組件設(shè)計通過了數(shù)字CAD軟件的驗證后，便可脫機生成成型準備文件，然后將其導(dǎo)出至增材制造系統(tǒng)。
利用CAD軟件，I3D Concept公司能夠評估預(yù)定參數(shù)是否最優(yōu)，或者是否需要調(diào)整參數(shù)以匹配特定的金屬粉末特性以及叉形臂復(fù)雜的目標幾何形狀。
重要的是，使用AM250的專用光學(xué)控制系統(tǒng) (OCS) 軟件，I3D Concept公司能夠非常精確地控制激光準直，這有助于提高加工精度及表面光潔度。結(jié)果
通過在Moto2摩托車的設(shè)計上采用增材制造技術(shù)，TransFIORmers成功將叉形臂前懸架這一關(guān)鍵組件的重量大幅減少了40%。對比原來的鋼制焊接組件，一體式鈦合金組件的重量減輕了600 g。
金屬3D打印一體式鈦合金組件
金屬3D打印還令TransFIORmers能夠更精細地控制組件公差，并且快速靈活地完成叉形臂幾何形狀的迭代，以此滿足特定底盤和運動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求。
“金屬3D打印幫助我們實現(xiàn)了叉形臂組件的減重，這令我們成功避開了車輛的重量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象以及與‘制動俯沖’相關(guān)的問題。使用這一技術(shù)不僅讓我們設(shè)計出重量更輕的部件，同時也顯著提高其剛度，”TransFIORmers車隊的機械工程師Jér?me Aldeguer解釋說。
利用增材制造技術(shù)加工出的全新Ti6AI4V鈦合金叉形臂，具有超過1100 MPa的極限抗拉強度和幾近完美的99.7%的密度，與此同時，其剛度還遠遠超過原來由手工打造且由多部件焊接而成的鋼制叉形臂。
得益于增材制造技術(shù)，TransFIORmers的標準叉形臂開發(fā)流程已變得愈加經(jīng)濟高效。大量耗時的部件加工和組裝工作得以消除，設(shè)計迭代和制造的速度因此提高了數(shù)倍。
2016年6月，車隊在巴塞羅那舉行的FIM CEV歐洲錦標賽中贏得了自成立以來的首個Moto2 GP比賽冠軍。
（轉(zhuǎn)載）
