顛覆性創新金屬3D打印技術助力Moto2突破極限

在風馳電掣的MotoGP摩托車賽事中，車輛性能的提升對比賽結果有很大的影響。Moto2車隊TransFIORmers在創新的前懸架系統中采用了先進增材制造（金屬3D打印）技術，并籍此獲得了巨大的競爭優勢。

一、背景

MotoGP世界摩托車錦標賽中出現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。比賽專用的摩托車需要專門定制，各家制造商使出渾身解數，確保其車輛性能優于對手，賽道表現最佳。

Moto2是MotoGP賽事三個級別中的第二級，創立于2010年。該級別使用的官方引擎是600cc四沖程量產發動機，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計，以保持賽車的領先優勢。

TransFIORmers車隊由前摩托車世錦賽250cc級別組車手Christian Boudinot領導，而其創新懸架系統的設計靈感則來自于法國傳奇人物、摩托車設計師Claude Fior，他生前是Boudinot的導師兼摯友。

Fior很早便意識到將前懸架從轉向系統中分離能夠獲得更好的性能表現。該設計解決了“制動俯沖”的問題，可實現摩托車在入彎時更晚制動，而出彎時更早加速。

相比傳統的伸縮式前叉懸架，TransFIORmers摩托車采用了獨立的剛性前叉懸架系統，并通過兩個叉形臂與底盤相連。為了進一步優化這種創新的懸架設計，TransFIORmers找到了13D Concept公司，其在金屬增材設計與制造領域居世界一流水平。

13D Concept公司與TransFIORmers車隊密切合作，采用雷尼紹的AM250增材制造系統優化了上部又形臂組件（兩組又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）的設計。

二、挑戰

在Moto2摩托車新組件的設計開發過程中，減輕重量是首要任務，尤其應重點考慮減輕摩托車的“非簧載質量”。非簧載質量越輕，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。要在競爭激烈的環境中做到最好，則需要有快速且精確的產品迭代。

在要求高可靠性的比賽環境中，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，才能夠應對行駛過程中極高的動態轉向力。

“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，減重始終是我們優先考慮的一個因素，”TransFIORmers車隊的機械工程師Jer meAldeguer說。

三、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。13D Concept公司將設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增材制造系統來生產金屬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組件設計的關鍵是拓撲優化的迭代過程，由于車身具有嚴格的空間限制，又形臂布局需要用軟件連續進行合理規劃，以便滿足一系列預定義的前叉負載條件要求。

當最終的組件設計通過數字CAD軟件的驗證后，便可脫機生成成型準備文件，然后將其導出至增材制造系統。

利用CAD軟件，13D Concept公司能夠評估預定參數是否最優，或者是否需要調整參數以匹配特定的金屬粉末特性，以及又形臂復雜的目標幾何形狀。

重要的是，使用AM250的專用光學控制系統（OCS）軟件，13D 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。

四、結果

通過在Moto2摩托車的設計上采用增材制造技術，TransFIORmers成功將又形臂前懸架這一關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600g。

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的結構要求。

“金屬3D打印幫助我們實現了叉形臂組件的減重，這令我們成功避開了車輛的重量轉移現象以及與‘制動俯沖相關的問題。使用這一技術不僅讓我們設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Jer meAldeguer解釋說。

利用增材制造技術加工出的全新Ti6A14V鈦合金叉形臂，具有超過1100MPa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，TransFIORmers的標準叉形臂開發流程已變得愈加經濟高效。大量耗時的部件加工和組裝工作得以避免，設計迭代和制造的速度因此提高了數倍。

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。