這家公司認(rèn)為它的碳纖維3D打印技術(shù)可以做任何事情。

碳纖維復(fù)合材料以其重量而言非常堅(jiān)固，這就是為什么它們是最新飛機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。然而，它們只有一個(gè)方向的強(qiáng)度，所以它們通常是分層的或編織成網(wǎng)格模式，然后再被塑造成結(jié)構(gòu)。這意味著一組纖維在某些時(shí)候承載負(fù)荷，而另一組纖維在其他時(shí)候承載負(fù)荷，這不是材料最有效的使用方式。

2014年，Hemant Bheda擔(dān)任Quantum Polymers的首席執(zhí)行官，Quantum Polymers是一家為機(jī)械加工零件制造擠壓塑料棒、板材和其他形狀的公司。該公司在一些材料中使用了切碎的碳纖維，但一位潛在客戶要求使用一種材料，這種材料需要將連續(xù)的碳纖維嵌入到一種聚合物材料中，這種聚合物材料的鋪設(shè)路徑非常仔細(xì)，這將使材料具有超高的機(jī)械性能。

“我說(shuō)過(guò)我們做不到，”Bheda回憶說(shuō)，但他也一直在考慮這個(gè)要求。正如他所說(shuō)的，作為一個(gè)專注于軟件，特別是圖像壓縮和視頻的電子工程師，他一直在想問(wèn)題是不是軟件問(wèn)題，而不是硬件問(wèn)題。

然后，他說(shuō)，他看到一篇關(guān)于3D打印的論文。他想，“為什么我們不能提出一個(gè)三維空間中纖維最佳方向的算法，只在你需要的方向上使用纖維呢？”

Bheda與Wiener Mondesire聯(lián)合成立了一家公司來(lái)探索這種可能性。他們將公司命名為Arevo，意為“制造業(yè)革命”。

在一家飛機(jī)公司的支持下，他們花了兩年時(shí)間試圖建立一個(gè)3D打印系統(tǒng)和軟件，以生產(chǎn)符合航空航天要求的零部件。該系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的熔敷式3D打印機(jī)，這是人們?cè)诩沂褂玫念愋?。用于熔化由聚合物和連續(xù)碳纖維組成的復(fù)合材料的導(dǎo)電加熱過(guò)程緩慢。而且它不符合航空航天工業(yè)的機(jī)械和質(zhì)量要求，Bheda說(shuō)。“我們知道我們需要轉(zhuǎn)移到一個(gè)基于激光的系統(tǒng)（它可以使我們更快、更無(wú)接觸的熱傳遞），而不會(huì)磨損纖維?！?/p>

然而，這需要更多的時(shí)間、更多的人和更多的錢。2016年底，Bheda和Mondesire就這一概念向風(fēng)險(xiǎn)投資家Vinod Khosla進(jìn)行了演講?！八芸炀徒o了回應(yīng)，”Bheda說(shuō)，甚至Bill Gates，Khosla他們一同見(jiàn)了Arevo的團(tuán)隊(duì)。他們“立即理解了這種可能性，我們的方法與目前的纖維堆積方式大不相同，它將優(yōu)化我們使用纖維的方式，從而減少所需的材料”，Bheda說(shuō)。

Khosla風(fēng)險(xiǎn)投資公司向該公司投入了700萬(wàn)美元。在從包括空客在內(nèi)的投資者那里籌集到更多資金后，Arevo的融資總額現(xiàn)在達(dá)到3400萬(wàn)美元。公司現(xiàn)有員工35人，工程團(tuán)隊(duì)25人，其中工程師或科學(xué)家14人擁有博士學(xué)位。

Arevo公司的目標(biāo)一直是使其生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)作良好，足以生產(chǎn)飛機(jī)零部件。這仍然在議事日程上。但和許多硅谷的初創(chuàng)企業(yè)一樣，Arevo并不反對(duì)在這條路上做一個(gè)小小的轉(zhuǎn)變。

2018年3月，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始為公司的A系列投資者計(jì)劃演示。他們有一個(gè)軟件，該軟件利用特定零件上的應(yīng)力方向計(jì)算，來(lái)確定碳纖維長(zhǎng)絲的最佳布局，并建立了一個(gè)基于激光的3D打印機(jī)原型。當(dāng)工程師們頭腦風(fēng)暴著生產(chǎn)什么的可能性時(shí)，Bheda回憶道，“有人說(shuō)，‘我們?yōu)槭裁床淮蛴∫惠v自行車呢？’“

為什么不呢？但他們需要一個(gè)自行車設(shè)計(jì)。他們從經(jīng)驗(yàn)豐富的自行車設(shè)計(jì)公司Studiowest那里得到了，Bheda說(shuō)，那里的設(shè)計(jì)師“對(duì)這項(xiàng)技術(shù)如何推動(dòng)設(shè)計(jì)的極限感到興奮”。

打印自行車框架將大大簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的自行車車架包含許多必須手工裝配的零件，這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，有很大的誤差空間。

Bheda說(shuō)，Studiowest的設(shè)計(jì)師“向我們發(fā)送了一個(gè)設(shè)計(jì)，為我們提供了包括負(fù)載在內(nèi)的設(shè)計(jì)要求，我們通過(guò)我們的軟件運(yùn)行它”?！败浖嬖V我們?nèi)绾握{(diào)整纖維的方向。然后我們打印了自行車，并把它送到當(dāng)?shù)氐囊患易孕熊嚿痰?，“以增加諸如車輪、踏板和剎車等部件，”他說(shuō)。

“然后我們都騎著它，”Bheda說(shuō)?！八鹱饔昧?，感覺(jué)像一輛自行車，但看起來(lái)沒(méi)什么大不了的?！?/p>

然后，設(shè)計(jì)師們過(guò)來(lái)騎自行車?！八麄兎浅ｓ@訝這輛車是按照他們的規(guī)定行駛的，”Bheda說(shuō)?！拔覀兿胫罏槭裁此麄儠?huì)感到驚訝；他們解釋說(shuō)，他們通常會(huì)經(jīng)歷多次設(shè)計(jì)、騎乘、做出一些改變、再次騎乘。這通常需要很長(zhǎng)時(shí)間，長(zhǎng)達(dá)18個(gè)月，但從他們發(fā)送設(shè)計(jì)后不到14天，我們就擁有了自行車。”

自行車設(shè)計(jì)師敦促Arevo向大型商業(yè)自行車公司的CEO展示該產(chǎn)品。他們是在2018年4月在Monterey的Sea Otter Classic舉行的北美最大自行車消費(fèi)展上這樣做的。

“我們遇到的CEO們很好奇，但很懷疑，”Bheda說(shuō)。“他們認(rèn)為這太好了，不可能是真的。”但這次展覽，加上一些個(gè)人關(guān)系的幫助，使Arevo成為了電動(dòng)自行車的初創(chuàng)企業(yè)Emery。今年4月，Arevolution又回到了Sea Otter秀，觀看了Emery電動(dòng)自行車3D打印碳纖維復(fù)合框架的介紹。

Photo: Tekla S. PerryHemant Bheda of Arevo poses with one of the first carbon composite bike frames printed by his company.

自展會(huì)以來(lái)，Emery公司一直在接受Emery One電動(dòng)自行車的訂單，并將于本季度開(kāi)始向客戶發(fā)貨。當(dāng)我（作者）6月份訪問(wèn)Arevo時(shí)，公司的五臺(tái)打印機(jī)中有兩臺(tái)安裝了自行車框架；公司預(yù)計(jì)在幾周內(nèi)就能全部安裝五臺(tái)自行車框架，這將使公司每周能夠制造10個(gè)自行車框架。然后，該公司預(yù)計(jì)將提高生產(chǎn)速度，直到每周生產(chǎn)達(dá)到75個(gè)。

該系統(tǒng)看起來(lái)像是一種以聚乳酸線圈為原料的臺(tái)式打印機(jī)，但有一些顯著的區(qū)別。Arevo的版本要大得多，它的核心是一個(gè)工業(yè)機(jī)器人手臂。還有一個(gè)額外的步驟，在優(yōu)雅的編舞奠定了材料線切割，因?yàn)樘祭w維在復(fù)合材料不只是整齊地?cái)嗔褧r(shí)，打印頭停止加熱和拉走。最后是打印機(jī)床，而不是平板平臺(tái)，它是一個(gè)三維結(jié)構(gòu)，由塑料打印而成，允許碳纖維以一定角度覆蓋，而不是要求這些角度由多層構(gòu)成。這是確保纖維方向正確的一個(gè)重要部分。

新的自行車設(shè)計(jì)，進(jìn)一步利用三維打印是在畫(huà)板上。Arevo已經(jīng)在與另一家尚未宣布的自行車制造商合作，他們的設(shè)計(jì)完全不同，只有一個(gè)前叉用于前輪和其他不尋常的功能。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，Arevo將從事自行車制造業(yè)務(wù)，因?yàn)橹辽倌壳盀橹?，該?jì)劃不是向他人出售打印機(jī)，而是將其軟件和打印能力作為一項(xiàng)服務(wù)進(jìn)行市場(chǎng)營(yíng)銷，使任何產(chǎn)品的生產(chǎn)都保持在內(nèi)部。它還擁有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)室里，當(dāng)碳纖維復(fù)合材料從供應(yīng)商處進(jìn)入時(shí)，它會(huì)經(jīng)常檢查樣品，然后從打印機(jī)中出來(lái)，從而避免所謂的“空隙”，即材料層之間形成間隙的區(qū)域。

“這項(xiàng)技術(shù)是新的，”Bheda說(shuō)，“所以我們不想失去與最終客戶的聯(lián)系；如果我們不自己制造零部件，我們就不會(huì)了解問(wèn)題，也不會(huì)提高技術(shù)水平?！?/p>

最終，Bheda說(shuō)，在自行車業(yè)務(wù)證明了其技術(shù)之后，公司將回到那些飛機(jī)部件上。Arevo還將風(fēng)能和建筑業(yè)視為潛在的未來(lái)市場(chǎng)。

還有飛行汽車。這不是開(kāi)玩笑的。Bheda說(shuō)，飛行汽車市場(chǎng)可能是Arevo的最佳選擇?！八鼈儗⒁员蕊w機(jī)更大的體積制造，目前飛機(jī)所用的制造技術(shù)不會(huì)擴(kuò)大到這一規(guī)模，它們希望使用熱塑性塑料。我們的技術(shù)至少比其他熱塑性塑料技術(shù)領(lǐng)先三年，因此我們將做好準(zhǔn)備。”