3DプリンティングとF1：モータースポーツの5つのトレンド

フォーミュラワンのようなダイナミックな環境では、スピードが重要です–トラックのオンとオフの両方。勝ち負けの差はほんの数秒の差である可能性があるため、レースカーのエンジニアリングを完成させることは、F1チームにとって重要な必須事項です。

しかし、競争上の優位性を維持しながら、絶えず変化する規制の世界に迅速に対応するには、イノベーションの文化が必要です。したがって、F1の設計およびエンジニアリングチームは、車の性能を向上させるための新しい設計を開発できなければなりません。

では、3Dプリントはどこに適合しますか？

3D印刷は、高速な反復と複雑なエンジニアリングソリューションの作成に理想的であり、製品開発サイクルの加速を目指す設計者やエンジニアにとって重要な資産です。

プロトタイピングから軽量コンポーネントの作成まで、F1チームがパフォーマンスとイノベーションを高めるために3Dプリントをどのように使用しているかを見ていきます。

1。より高速なプロトタイピング

レースカーコンポーネントの新しい設計を開発する際の2つの主要な目的は、 1）生産時間の短縮と2）コストの削減です。 。

フィットと関数のプロトタイプの開発 したがって、最終バージョンが作成される前にパーツを検証するために重要です。ここで、3D印刷は、最終部品と同じまたは類似の特性を持つプロトタイプを作成する費用効果の高い手段を提供することにより、独自のものになります。

フォーミュラワンチームの規則と技術仕様は、モータースポーツの統治機関であるFIA（国際自動車連盟）によって設定されています。この枠組みの中で、エンジニアは通常、毎年新しい車を設計します。この変化のペースでは、プロトタイプが考案されたらすぐに本番環境に移行することが重要です。

3D印刷により、部品の製造が大幅に高速化されます。 従来の製造が許すより。この技術により、エンジニアは部品を製造する前にパターンと金型を設計および製造するという時間のかかる手順を省くことができます。これは、3D印刷がデジタルCADファイルから開始されるためです。このファイルは、ほんのわずかな時間で本番環境に送信できます。

例として、ウィリアムズF1ベースのF1チーム は、月に2,000を超える3D印刷部品を出荷できると言われています。これは、部品が従来の製造手段で製造されていた場合には不可能だった数です。

2。設計の柔軟性の向上

3D印刷は、コンポーネントの設計を迅速かつ費用効果の高い方法で変更する機能を提供します。 。設計に迅速な変更を加え、それらを短時間で3D印刷できるということは、エンジニアがより短い時間で間違いを見つけて設計を変更できることを意味します。

これは、「パッキング」の課題に直面する設計にとって特に重要です。空力を最大限に活用するために、レースカーは滑らかになるように設計されており、車自体に大きなスペースを残していません。ただし、この機能により、ピットストップ中に車の内部部品に簡単にアクセスできるように車のコンポーネントを梱包することも困難になります。

3D印刷を使用すると、エンジニアは新しい設計をすばやく試し、最適なコンポーネントと構成を開発する際の柔軟性が高まります。

3。強化された風洞試験

3D印刷は、風洞試験用の耐久性のある正確な部品を製造するための不可欠なツールになりました。 、レースカーの空力特性を評価するための重要な手段。空気力学はモータースポーツの重要な要素です。車両にかかる潜在的な力を評価し、これが速度にどのように影響するかを評価することで、勝ち負けの違いを生む可能性があります。

F1チームの場合、実際の車のテストは通常​​、1年に数回に制限されています。したがって、風洞モデルは、自動車部品をテストするためのはるかに高速で安価な方法を提供します。

風洞試験では、実際の車の60％のサイズのモデルをトレッドミルに配置して、レース中に車が到達するのと同じ条件（高速、風力など）を模倣し、調整を行います。必要であれば。

現在、3D印刷は、このレプリカレースカーでテストするパーツを作成するために最も広く使用されています。 。機械加工やモデル作成と比較して、3D印刷は、風洞試験用のモデルを作成するためのより速く、より安価で、より効率的な方法を提供します。もう1つの利点は、やはり速度です。設計変更が必要な場合、積層造形により、風洞でテストできるコンポーネントの製造がはるかに高速になります。

アルファロメオザウバーF1チーム たとえば、SLSおよびSLA 3D印刷を幅広く使用して、フロントウィング、ブレーキダクト、サスペンションカバー、エンジンカバー、内部ダクト、風洞車モデルのハンドデフレクターなどの部品を製造しています。チームはこの技術を使用して、1日あたり200〜300個のプラスチック部品を3D印刷することができ、「積層造形部品の製造以外の方法では不可能だ」と述べています。

4。迅速な工具生産

3D印刷は、ツーリング機器の製造に関しても非常に貴重なテクノロジーです。 、ジグや固定具から犠牲ツールや複合ツールまで。このテクノロジーにより、メーカーは、従来の工具製造に伴う高コストや長いリードタイムなしに、複雑でカスタマイズされた工具を製造できます。

たとえば、FDMテクノロジーを使用すると、ULTEMなどの高性能材料を使用して、レイアップツールをより迅速かつコスト効率よく製造できます。 マクラーレンF1チーム はAMの利点を認識しており、FDMを使用して大型のリアウィングフラップエクステンション用のレイアップツールを3Dプリントしました。リアダウンフォースを高めるように設計されたこの部品は、ULTEM 1010素材を使用して3日間で製造され、リードタイムを大幅に短縮しました。

3D印刷は、オンデマンドでツールを作成するという追加の利点も提供し、作成と組み立ての両方を高速化します。一部のチームは、レース中の土壇場での変更を支援するツールを作成するために、すでにトラックで3D印刷を使用しています。これには、高価な宅配便サービスの必要性を排除するという追加の利点があります。

5。強化されたパーツパフォーマンス

チームがレーシングカーのコンポーネントの速度、信頼性、効率を向上させたい場合、3Dプリントは部品のパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。 。

レースカーは比較的軽量である必要があるため、最も一般的に使用される金属は、炭素繊維で作られた部品を備えたアルミニウムです。

3D印刷は、軽量で複雑な熱可塑性プラスチックおよび金属部品の製造に特に適しており、パフォーマンスを大幅に向上させることができます。理論的には、3D印刷された部品によってもたらされる軽量化は、勝ち負けの違いを生む可能性があります。

アルファロメオザウバーフォーミュラ1チーム たとえば、直立したカバー、ガレージ機器、排気コンポーネント、および車ごとのインタークーラーとラジエーターの入口と出口のいくつかのユニークなセットを含む、最終的な車で使用するための3Dプリントされた金属コンポーネントを製造します。

モータースポーツにおける3Dプリントの課題

フォーミュラワンとモータースポーツ全体での3D印刷の現在の使用にもかかわらず、テクノロジーの可能性を完全に最大化することになると、まだいくつかの課題が残っています。

＃1一貫性の確保

完成した3D印刷部品は、最終的な材料と寸法特性に関しては、多くの場合異なります。モータースポーツチームは、積層造形プロセスの一部または大部分を外部委託することが多いため、毎回まったく同じ部品を入手できるとは限りません。

ただし、3D印刷によって提供される利点により、多くのモータースポーツ企業は、より多くの3D印刷を社内に持ち込み、製造プロセスをより細かく制御できるようになります。

＃2教育

それでも、社内での3D印刷は他の課題の原因となる可能性があり、その1つは技術的な専門知識の欠如です。 3D印刷は数十年前から存在していますが、プロトタイピングと製造ツールの両方として製造業での採用は徐々に進んでいます。これは教育にも浸透しています。つまり、多くの設計者は、積層造形の豊富な経験や経験を持っていません。

その結果、3D印刷のメリットを活用しようとしているモータースポーツも、必要なノウハウとスキルベースを構築する手段としてトレーニングプログラムに投資する準備をする必要があります。

＃324時間の生産の管理

モータースポーツ企業の社内3D印刷機能が成長するにつれて、生産される部品の量も増加します。この分野の一部の企業は、10台以上の機械を使用しており、週に数千の部品とプロトタイプを製造しています。このような大量生産では、ワークフロー管理システムが導入されていない場合、企業は必然的に3Dプリント部品の生産を管理するという課題に直面します。

これらの非効率性の一部には、毎日受信される大量の着信要求を手動で管理することが含まれます。これらのワークフローの大部分は、特に企業が施設や場所を越えて作業しているため、可視性とトレーサビリティも欠いています。これは、チームが生産プロセス全体でプロジェクトを効率的に追跡できないことを意味します。

この課題を克服する方法の1つは、ワークフローステージを可能な限り自動化することです。専用のワークフロー自動化ソフトウェアは、モータースポーツ企業が3D印刷の生産を管理するときに遭遇する可能性のあるボトルネックの多くを克服するための便利なツールとして提供されます。いくつかの利点には、要求管理プロセスの自動化、ジョブスケジューリング、および要求から本番まで、およびそれ以降の部品の追跡が含まれます。

現在の使用例

3D印刷は、モータースポーツセクターでのプロトタイピングに依然として最も一般的に使用されているため、レーシングカーなどの高性能アプリケーションで使用するのに十分な強度と耐久性を備えた最終部品を製造するには、この技術が不適切であるという一般的な誤解があります。

ただし、3D印刷は、モータースポーツエンジニアリングの最高レベルで、機械加工された自動車部品の実行可能な代替手段としてすでに使用されています。これは、重く、コスト効率が低く、製造に時間がかかる可能性があります。

3Dプリントされたロールフープ

たとえば、ロールオーバーの場合にドライバーを保護する重要な安全構造であるロールフープは、Alfa Romeo SauberF1チームによって金属で3Dプリントされています。

特に、この部品は、積層造形用に特別に開発された軽量金属であるScalmalloyから作られています。この材料をDMLS（直接金属レーザー焼結）と組み合わせて使用​​することにより、Sauber F1は、構造的完全性のための複雑な内部機能を備えた、はるかに軽いロールフープを製造できます。また、生産リードタイムを20〜25％短縮することができました。同社によれば、アルミニウムから機械加工された従来のロールフープは、追加生産された部品と比較して、リードタイムがはるかに長く、強度の一貫性が劣っていました。

自動車の構造部品

マクラーレンF1チームは、3D印刷を使用して構造用自動車部品を製造しています。昨年、同社はStratasys3Dプリンターを使用して2017年のレースカー用の構造用ブラケットを3D印刷しました。 FDM 3Dプリンターで炭素繊維強化ナイロンを使用して作られたブラケットは、従来の製造方法を使用してこのようなコンポーネントを作成するのに必要な推定2週間と比較して、わずか4時間で3D印刷されました。

モータースポーツ向けの3Dプリント：競争上の優位性

モータースポーツ企業は、絶えず変化するレース規制に準拠しながら、車のパフォーマンスの向上に継続的に取り組んでいるため、3Dプリントはこのセクターに多くのメリットをもたらします。

この技術は、新しい設計の開発時間を短縮するだけでなく、パフォーマンスを大幅に向上させる可能性のある最終用途の部品を製造するのに役立ちます。テクノロジーがますます採用されるにつれて、さらに革新的なアプリケーションが登場し、チームを勝利へと駆り立てます。