サーフボードフィンの革新: 3Dプリント、Onyx製、性能重視の設計

筆者注: 私はMarkforgedの電気エンジニアインターンとして勤務しています。オーストラリア旅行前にオフィスでテスト用サーフボードフィンを見て、Markforged Mark Twoプリンターで3Dプリントサーフボードフィンを作る着想を得ました。この記事では、カスタムフィンの設計、プリント、実海域テストを詳述します。

サーフボードフィンについて

1930年代以前、サーフボードは大きく凸型の船底や、原始的な「水中で足を引きずる」操作で方向制御していました。フィンの導入により、ヨー安定化、ロール減衰、ターン時の揚力発生という、航空機の翼や尾翼に類似した機能がもたらされ、サーフィンに革命が起きました。ほとんどのフィンは翼型断面を持ち、単純な矩形形状と比べて揚力を最大化し抗力を最小化しています。

チタン製サーフボードフィンの断面。

ご覧の通り、典型的なサーフボードフィンの形状は対称翼の飛行機翼と驚くほど似ています。

翼型プロファイルが最適化されているにもかかわらず、多くの市販フィンはクラシックな「イルカ型」形状を採用しています。美しいですが、揚力効率の面では理想的ではありません。空力理論では、最も効率的な翼形状は楕円形です。揚力が楕円形に分布するためです。細長い翼はスパン効率が高く、少ない抗力でより多くの揚力を生み出します。無着陸世界一周を達成したRutan Voyagerは、超細長い翼でこの原理を体現しています。

ではなぜ多くのサーフボードフィンが後退翼設計なのでしょうか。実用上、後退翼はフィンが海藻に絡まるリスクを減らすためです。戦闘機や旅客機のような超音速気流を最適化する必要がないからです。

ウィングレットの追加

フィンの抗力に最も大きく寄与するのが、底部エッジで発生する渦です。フィン下面に小さなウィングレットを追加することで、これらの渦を抑制し、抗力効率を大幅に改善できます。最新旅客機も同様のウィングレットを採用し大きな効果を上げています。

ウィングレットは二重の役割を果たします:抗力低減と追加のピッチ安定性提供です。ライダーが足を前に置きすぎるとボードがノーズダウンしますが、ウィングレットがダウンフォースを生成してこれを打ち消します。逆に後ろに置きすぎるとリフトを生成しバランス維持を助けます。適切な足の位置は依然として重要ですが、ウィングレットは貴重なセーフティネットとなります。

カスタムフィンのCADレンダリング。上部のブロックはボードへの取り付けポイントです。

テストセットは純粋なOnyxでプリントされた3枚のフィンで構成され、ファイバー補強なしでキャストアクリルフィンの柔軟性を模倣しています。最大厚4mm、トレーリングエッジが2層という薄さながら、プリントは頑健でした。ウィングレットの2層厚も輸送とテストで良好に耐えました。

Onyxでプリントされた流体力学的サーフボードフィン。

フィンはオーストラリアへ発送され、実海域評価が行われました。私は7フィート3インチのボードに120mm深さのフィンを装着して比較テストしました。

標準的な透明プラスチック製イルカ型フィン。

Onyxフィンと標準イルカ型フィンの比較。

サーフフィンは六角レンチシステムで交換可能で、プラスチックボックスがグラスファイバーボードに成形されています。私のボードの1つのボックスに亀裂が入り、キャンバーに影響が出ていました。

フィンキーでフィンを交換中。黒いベースがフィンボックスです。

3Dプリントフィンは仕様通りにしっかりフィットし、Mark Twoプリンターの高解像度を証明しました。新しいフィンを装着し、いよいよ波へ向かいます。

Onyxフィン装着ボード。

フィンでのサーフィン

約3フィート（約90cm）の波でテストしました。ほとんどの基準では小さい波です。初乗りからフィンはクリーンなターンを可能にし、標準セットより明らかに大きなピッチ安定性を提供しました。私はベテランプロではありませんが、新しいフィンのフィーリングに大きな満足を得ました。

最初のセッション後、フィンはほぼ無傷でした。一部2層厚の箇所がありましたが、取り付けネジがフィンの取り付けプラグに接触した箇所に微細な跡がついた程度です。

サーフ後も完全に無傷のフィン。

フィン上部の取り付けネジ跡。

2日目、亀裂の入ったボックス側のフィンがねじれ破壊しました。ワイプアウトによる急激なトルクとネジ締め不足が原因と推測されます。概算で時速10kmの波がフィンに約3kgの力を加え、取り付けプラグに大きな荷重がかかります。フィン破損はよくあることですが、ファイバー強化フィンなら耐久性向上と調整可能な剛性（サーフボードフィンの重要な設計パラメータ）が期待できます。

総じて、3DプリントOnyxフィンは強度と精度の両面で印象的な性能を発揮しました。

編集部注: これらのフィンのSTLファイルはダウンロード可能です。ぜひお試しください！このようなプロジェクトでコラボレーションご希望の方は social@markforged.com までご連絡ください。