插接式復合材料車架問世,打造可維修可回收公路自行車

這款可完全回收的競技自行車采用熱塑性回收碳纖維管材與3D打印鈦合金接頭打造,摒棄整體式車架設計,消除了其在經濟與環境層面的雙重負擔。


圖源菲利普?胡貝爾 / fenix復合材料

德國弗倫斯堡fenix復合材料公司創始人菲利普?胡貝爾對運動的熱愛與興趣,深刻影響了他在纖維復合材料回收領域的研究工作 —— 其研發的創新型碳纖維增強熱塑性復合材料(CFRTP)自行車車架榮獲JEC創新獎,便是最好證明。

該車架采用CFRTP型材與鈦合金接頭結構,通過感應連接成型,無需額外膠粘劑或緊固件。得益于工藝的可逆性,受損部件可拆卸更換,最大化延長車架使用壽命。

“在撰寫畢業論文期間,我有幸與多家優秀企業合作?!?胡貝爾表示,“德國基爾的Element22公司采用冷金屬融合(CMF)技術完成鈦合金3D打??;德國多爾特的 Alformet 公司生產碳纖維 / PA6 激光輔助纏繞管材;我還與慕尼黑的 hyjoin 公司合作實現了這些部件的連接,最終獲得強度極高且可拆解的連接結構(管材接頭強度符合威布爾分布,中值達 53 兆帕)。”

值得注意的是,CMF 工藝可形成粗糙表面,無需再通過激光刻蝕處理來增強材料間的互鎖咬合?!皟H預留孔位加工余量,后續通過鉸孔修正打印精度誤差即可。” 胡貝爾補充道。

fenix已成功制作出長度 500 毫米、管材內徑 30 毫米的受拉支柱樣件(見上圖)。

研發目標是在 0.5 米長度內傳遞 30 千牛拉力。“借助 3D 打印技術,我們實現了拓撲優化的力傳導部件,重量僅 26 克。” 胡貝爾介紹,“連接接頭的高強度讓搭接區域降至最小,也是實現輕量化的關鍵。”

“這款全生命周期自行車的研發核心,聚焦于車輛報廢處理與維修問題。設計理念是:后上叉等受損部件可單獨拆卸更換?!?/p>

胡貝爾在此詳細拆解了項目理念、設計考量與工藝流程。

部件連接能耗僅為幾千瓦時級別,完成一次連接或拆解的成本約0.0022 歐元(0.0026 美元),碳排放僅2.7 克二氧化碳當量。

“對比連接工藝成本與單體部件成本,前者幾乎可以忽略不計。” 胡貝爾指出,“一旦 CFRTP 管材出現破損,價值便會凸顯:鈦合金部件可低成本拆卸并重新裝配至新管材,替換件成本較原件降低約 47%,碳足跡更是降低 49%。”