Race Up Team Padova は Formlabs 4L と高温樹脂を活用して軽量、高性能ラジエーターを 3D プリントします

Race Up Team Padova が電動レースカーのラジエーターをゼロから構築しようとしたとき、レースカーの熱に耐え、安全基準を満たすだけでなく、学生レベルで F1 と同等の性能を発揮できるカスタム コンポーネントを製造する必要があることにすぐに気づきました。大学生たちは、Formlabs Form 4L 3D プリンターとエンジニアリング樹脂を使用して、以前のモデルより 67% 軽量化されたカスタム ラジエーターを構築し、表彰台に上がりました。 

2024年シーズンまで、パドヴァ大学チーム、チーム・パドヴァは、特にフォーミュラ学生車両用のラジエーターを製造する会社のアフターマーケット・ラジエーターを使用していました。これらのラジエーターはプラグアンドプレイで統合が簡単ですが、車内で必要な電力損失をすべて放散しながら軽量化するなど、改善の余地がありました。 

Form 4L 3D プリンタ、Form Wash、Form Cure、エンジニアリング樹脂を使用して、チーム パドバは電動レース カー用の軽量ラジエーターを構築し、ヴァラーノ デ メレガーリ サーキットで開催されたイタリアの競技会 FS ATA で総合 3 位に入りました。

市場にはチームのニーズを満たすラジエーターがなかったため、研究を進め、楕円形のチューブとフィンを備えたラジエーターのデザインを選択することにしました。しかし、彼らが受け取ったラジエーターマスには、入口および出口マニホールドが装備されていませんでした。アプリケーションと制約を満たすデザインを完全にカスタマイズできるようにするために、チームは 3D プリントに目を向けました。 

溶融堆積モデリング (FDM) 3D プリントされた部品は、必要な温度に耐えられず、すぐに故障してしまいました。次にチームは光造形 (SLA) 3D プリントに目を向け、高温樹脂と Form 4L を選択しました。

「広範な評価、テスト、およびプロトタイプのいくつかの反復の後、アプリケーションの熱応力と機械的要件の両方に耐えることができる樹脂である Formlabs High Temp 樹脂を選択しました。」

チーム・パドバにレースアップ

冷却システムは、水回路と空気回路の 2 つの異なるセクションに分かれています。水回路内の部品は、80 °C に近い動作温度に耐える必要があります。このため、高温樹脂の熱たわみ温度 (HDT) が 238 °C @ 0.45 MPa であり、Formlabs 樹脂の中で最も高いため、Formlabs 高温樹脂が選択されました。 

3D プリントには高温樹脂が使用されました:

• 圧力降下を引き起こすことなく遠心ポンプをパイプに接続するカスタム入口。 

• フルカスタムラジエター用のカスタムパーツとファン。 

• ボルテックスタンクは、空気を抽出するために必要な完全にカスタム設計されたシステムです。その名前が示すように、流体から気泡空気を分離して除去する渦を生成することで動作し、適切な回路性能を確保します。

1. 3D プリントされたカスタム インレット。 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. ボルテックスタンク。 5. インバーターコールドプレート

Form 4L の印刷量が多いため、チームは 1 回のビルドで 2 つのプレートと 2 つのマニホールドを印刷でき、1 回の印刷でラジエーターを効果的に製造できました。 Form Wash と Form Cure でパーツを後処理し、取り付け箇所を研磨した後、チームは Loctite EA 9497 接着剤を使用してパーツを組み立てました。

前年のラジエーターと比較して、チームはラジエーターあたり約 67% の重量削減となる約 1,200 g を削減することができました。冷却システム全体が 2 つのラジエーターで構成されていることを考慮すると、2.4 kg の軽量化に成功しました 。

「軽量化を可能にするこのような肯定的な結果を得ることができたのは、Formlabs の貢献のおかげです。」

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空冷回路は、車両の中央領域から空気を引き込んでバッテリーを冷却し、その後、後部から空気を排出する開ループです。空気は、セルから空気流に熱を伝達する小さなタブを通じて、バッテリーの個々のセルを冷却します。このシステムには、Formula SAE の規制に従って特定の安全要件があります。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りません。これらの要件を満たすために、Race Up Padova は部品の製造に難燃性樹脂を選択しました。

空冷回路はバッテリーと接触するため、UL-94 V-0 難燃性材料で作られている必要があります 。

難燃性樹脂は、優れた炎、煙、毒性 (FST) 評価を備えた自己消火性およびハロゲンフリーの部品を作成するための UL 94 ブルー カード認定の特殊材料です。これらの特性により、バッテリー システムの近くなど、高温または発火源のある環境で機能する部品の 3D プリントが可能になります。

「Formlabs がなければ、これまでと同じように、高速、信頼性、正確なイノベーションは実現できなかったでしょう。」

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高温樹脂と難燃性樹脂に加えて、チーム パドバは硬質 10K 樹脂を使用してカーボンファイバーと透明樹脂をラミネートするための金型を作成し、適切な流体の挙動をテストおよび検証します。 Form 4L は機敏で、材料の切り替えが迅速かつ簡単で、チームは Formlabs 樹脂の全範囲にアクセスできるため、各用途に最適な材料を選択できます。 

チーム パドヴァのマシンは FS ATA 競技会で 3 位となりましたが、強度を高めるために部品にリブを追加したり、流体力学の最適化を実装したり、抵抗を軽減したりするなど、次の反復に向けた改善をすでに検討しています。反復作業を開始する際に使用する主なツールの 1 つは何ですか? Form 4L および Formlabs 樹脂。 

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Formlabs の 3D プリンターは、学生の関心を引き付け、力を与えるために使用されています。学生と教育者向けのリソースと料金の詳細については、リソース ページを参照するか、営業担当者にお問い合わせください。