3Dプリント耐熱インテークマニホールドがモータースポーツバイクに競争優位をもたらす

Help3D創業者のAndrea Pirazzini氏が、Formlabs 3Dプリンターを活用してピットバイク用カスタムインテークマニホールドを製作。このバイクは12 Pollici Italian Cupで競っています。

完全にリニアなパワーカーブを追求し、Pirazzini氏は流体力学シミュレーションでマニホールド形状を最適化。局所的な圧力降下を生むリダクションフランジを排除しました。

3Dプリントを採用することで、最小コストで複数設計をイテレーションし、翌日には評価可能になり、トラックでのパフォーマンス優位を確保。チームメイトのElia Marescutti氏が、3Dプリントマニホールド搭載バイクで2021年チャンピオンを獲得しました。

2021年S1 Overチャンピオンのマシンに搭載されたカスタムマニホールドはForm 3でプリントされました。

リバースエンジニアリングでマニホールドを最適化

2012年からオートバイの小型機能パーツに3Dプリントを使用してきたPirazzini氏。Rigid 10K Resinが利用可能になるまで、大型耐熱コンポーネントへの挑戦は躊躇していました。

仕様を徹底検討した後、インテークマニホールドの従来のアルミ切削に挑戦することを決意。以前のFDM試作は空気漏れでキャブレター動作とエンジン出力を阻害し、失敗していました。

ピットバイクの4ストローク2バルブエンジンと周囲のフレーム、キャブレターを3Dスキャン。データをAutodesk Fusion 360に取り込み、フレームや排気との干渉を防ぐ精密なマニホールドサイズと位置決めを実現。

CADでヘッド吸気口径をキャブレターに合わせ、圧力降下や乱流を生む段差を排除。吸気トランペットとダクトも設計。

リバースエンジニアリング、復元、計測のための3Dスキャン

3Dスキャンとプリントワークフローは、複製、復元、リバースエンジニアリング、計測をサポート。ホワイトペーパーをダウンロードまたはウェビナーを視聴して、これらの技術を設計プロセスに統合する方法を学んでください。

Form 3でプリントされたインテークマニホールドの各バージョンを以下に紹介します。

チャンピオンルールで出力制限が求められた際、Pirazzini氏はリニアリティを損なわず馬力を制限するマニホールドをモデリング。テストベンチで各エンジン構成の最適設計を特定しました。

結果、高回転域での伸びのあるデリバリーカーブを実現し、従来の切削マニホールド比で約1 HP(≈10%)の出力向上を、レギュレーション内で達成しました。

Rigid 10K Resinで耐熱オブジェクトをプリント

最終マニホールドはForm 3でRigid 10K Resin、100ミクロン層高でプリントされ、目に見える積層痕のない滑らかな表面を実現。Pirazzini氏は水性サンドペーパーで仕上げを行い、固有の水密性を達成するSLAプリントの一般的なプラクティスとしました。

無料サンプルパーツをリクエスト

Rigid 10K ResinはFormlabsエンジニアリングポートフォリオで最も剛性の高い材料です。無料サンプルパーツをリクエストし、Formlabsの品質を直接体験してください。

プリント時間は厚さとサイズにより2時間〜2時間45分。パーツあたりコストは€10〜€12。Pirazzini氏は一晩で最大7種類のマニホールドバリエーションをプリントし、翌日にテスト可能でした。

Andrea Pirazzini, Help3D創業者

「3Dプリントの世界では、PreFormはこれまで使った中で最もシンプルで、全体的に最高のパフォーマンスを発揮するプログラムです。」

プリント準備完了の2バージョンのインテークマニホールドがPreFormに表示されています。

PreFormではパーツを手動で配向するか、自動配向を任せられます。Pirazzini氏は自動配向がサポート構造を最小限に抑えるため有用だと感じ、必要に応じて追加/削除可能。ソフトウェアは重要なサポートが欠けている場合に警告します。

Andrea Pirazzini, Help3D創業者

「Form 3の素晴らしい点の1つは、プリントと接触するサポートのサイズが極小で、除去後の残留物が非常に少ないことです。」

結果

Pirazzini氏のForm 3プリントマニホールドは極端な温度に耐え、ピットバイクに装着されたままです。サーモグラフィーにより、冷却フィン付きRigid 10Kレジンマニホールドが標準アルミマニホールドより40〜50°C低温で動作することが判明。

周囲温度約33°Cで20〜25分のレース後、プリントマニホールドは不快感なく触れられる温度で、優れた熱管理を実証しました。

今後のプロジェクト

インテークマニホールドの成功は始まりに過ぎません。Pirazzini氏はRigid 10Kレジンを、2ストロークエンジンのリードバルブパック、タペットカバー、シリンダーヘッドカップリング用リダクションフランジ、その他の気密コンポーネントに使用する予定です。