パドバ大学Race Upチーム、Formlabs 4Lと高耐熱レジンで軽量高性能ラジエーターを3Dプリント

パドバ大学Race Upチームが電気レーシングカー用ラジエーターを一から設計する際、レーシングカーの熱に耐え、安全基準を満たし、学生版フォーミュラ1とも言える大会で性能を発揮するカスタム部品の製造が必要だと気づきました。Formlabs Form 4L 3Dプリンターとエンジニアリングレジンを用いて、チームは従来モデル比67%軽量化したカスタムラジエーターを製作し、表彰台を獲得しました。

2024年シーズンまで、パドバ大学チーム（Team Padova）はフォーミュラ・スチューデント向けに特化したラジエーターを専門メーカーから購入していました。これらはプラグアンドプレイで統合が容易でしたが、軽量化しつつ車両に必要な全損失動力を放熱するなど、改善の余地がありました。

Form 4L 3Dプリンター、Form Wash、Form Cure、エンジニアリングレジンを用いて、チームは電気レーシングカー用の軽量ラジエーターを製作。ヴァラノ・デ・メレガリサーキットで開催されたイタリア大会FS ATAで総合3位に入賞しました。

市販ラジエーターでチームの要件を満たすものがなかったため、チームは研究に没頭し、楕円チューブとフィンのラジエーター設計を採用することにしました。しかし、入手したラジエーターコアには入口・出口マニフォールドが付いていませんでした。用途と制約を完全に満たす設計をカスタマイズするため、チームは3Dプリントに着目しました。

熱溶解積層法（FDM）で3Dプリントしたパーツは、必要温度に耐えられず即座に失敗しました。チームは次に光造形法（SLA）3Dプリントに転じ、高耐熱レジンとForm 4Lを選択しました。

「広範な評価、テスト、複数のプロトタイプ反復を経て、Formlabs高耐熱レジンを採用しました。このレジンは、用途に求められる熱応力と機械的要件の両方に耐えられるものです。」

Race Up Team Padova

冷却システムは水回路と空気回路の2つに分かれています。水回路のパーツは80℃近い動作温度に耐える必要があります。Formlabs高耐熱レジンは、Formlabsレジン中最高の熱変形温度（HDT）238℃ @ 0.45 MPaを持つため選定されました。

高耐熱レジンで3Dプリントされたパーツ：

• 遠心ポンプと配管を圧力損失なく接続するカスタム入口

• 完全カスタムラジエーター用のカスタムパーツとファン

• ボルテックスターン：空気を分離除去するための完全カスタム設計システム。名の通り渦を発生させ、流体から気泡を分離除去し、正常な回路性能を確保します。

1. 3Dプリントカスタム入口 2. モーター冷却ジャケット 3. カスタムパーツとファン 4. ボルテックスターン 5. インバータコールドプレート

Form 4Lの大容量ビルドボリュームにより、チームは2枚のプレートと2つのマニフォールドを1回のビルドでプリントでき、実質的にラジエーター1基を1回のプリントで完成させられました。Form WashとForm Cureで後処理し、接合面をサンディングした後、Loctite EA 9497接着剤で組み立てました。

前年モデル比で約1,200g、ラジエーター1基あたり約67%の軽量化を達成。冷却システム全体が2基のラジエーターで構成されるため、総重量で2.4kgの削減に成功しました。

「このような成果を得て軽量化できたのは、Formlabsの貢献あってこそです。」

Race Up Team Padova

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空気冷却回路はオープンループで、車両中央から空気を取り込みバッテリーを冷やした後、後方へ排出します。空気はバッテリーの各セルにある小さなタブを通じて、セルから気流へ熱を伝えます。このシステムには、フォーミュラSAEの規定により、バッテリーパックと接触する要素はUL-94 V-0難燃性材料でなければならないという特定の安全要件があります。これを満たすため、Race Up Padovaは難燃性レジンを選択しました。

空気冷却回路はバッテリーと接触するため、UL-94 V-0難燃性材料でなければなりません。

難燃性レジンは、UL 94ブルーカード認証を取得した特殊材料で、自己消火性とハロゲンフリー、優れた難燃性・発煙性・毒性（FST）評価を備えます。これらの特性により、バッテリーシステム周辺のような高温や着火源がある環境で機能するパーツの3Dプリントが可能になります。

「Formlabsなしでは、このようなイノベーションを同じように、速く、確実に、精密に実現することはできなかったでしょう。」

Race Up Team Padova

高耐熱レジンと難燃性レジンに加え、Team PadovaはRigid 10Kレジンでカーボンファイバー積層用の型を、クリアレジンで流体挙動のテストと検証用パーツを製作しています。Form 4Lは素早い材料切り替えが可能で、Formlabsレジンの全ラインナップにアクセスできるため、各用途に最適な材料を選べます。

FS ATA大会で3位となったTeam Padovaですが、次期モデルに向けて、リブ追加による強度向上、流体力学的最適化、抗力低減などの改善をすでに検討しています。次の反復で使う主要ツールの一つが、Form 4LとFormlabsレジンです。

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Formlabs 3Dプリンターは学生のエンゲージメントとエンパワーメントに活用されています。学生・教育者向けのリソースと価格については、リソースページをご覧いただくか、セールスまでお問い合わせください。