3D 인쇄를 사용하여 모터스포츠용 내열성 최종 사용 부품 및 예비 부품 만들기

Help3D의 설립자인 Andrea Pirazzini는 Formlabs 3D 프린터를 사용하여 12회 Pollici Italian Cup 챔피언십에서 타는 핏 바이크용 흡기 매니폴드를 만들었습니다.

그의 팀은 오토바이를 튜닝할 때 선형 출력을 만들기 위해 가능한 한 많이 노력합니다. Pirazzini는 국부적인 압력 강하를 생성할 수 있는 감소 플랜지를 적용하지 않고도 마력을 제한하기 위해 가능한 매니폴드 비틀림 설계에 대한 유체 역학 분석을 사용했습니다.

Pirazzini는 동일한 부품의 여러 버전을 저렴한 비용으로 인쇄하고, 다음날 디자인을 테스트하고, 트랙에서 이점을 얻을 수 있었기 때문에 3D 인쇄로 눈을 돌렸습니다. Pirazzini의 팀 동료인 Elia Marescutti는 3D 인쇄된 매니폴드가 있는 자전거로 2021년 챔피언십에서 우승했습니다. Pirazzini가 프로젝트를 개발한 방법을 알아 보려면 계속 읽으십시오.

2021 S1 Over 챔피언십 우승자인 Elia Marescutti의 오토바이는 Form 3에 인쇄된 맞춤형 매니폴드를 사용했습니다.

성능 최적화를 위한 매니폴드 역설계

Pirazzini는 2012년부터 오토바이를 타고 왔습니다. 처음부터 그는 3D 프린팅을 사용하여 스톱워치용 지지 브래킷과 같은 자전거용 작은 부품을 만들어 왔습니다. 그는 Rigid 10K Resin의 출시에 대해 알게 될 때까지 더 기능적이고 내열성이 있는 제품을 개발하는 것을 주저했습니다.

사양을 자세히 살펴본 후 Pirazzini는 전통적으로 알루미늄으로 가공된 부품인 흡기 매니폴드를 3D 프린팅하는 것이 흥미로운 프로젝트가 될 것이라고 생각했습니다. 과거에 그는 FDM 기술을 사용해 보았지만 공기 누출로 인해 기화기와 엔진 출력이 왜곡되어 원하는 결과를 얻지 못했습니다.

핏바이크 엔진을 스캔합니다.

프로젝트를 개발하기 위해 Pirazzini는 3D 스캐닝과 Autodesk Fusion 360 소프트웨어를 사용하여 설계를 리버스 엔지니어링했습니다. 프레임과 기화기가 있는 4행정 엔진(2밸브) 엔진을 스캔한 결과 그는 매니폴드의 크기를 올바르게 정하고 기화기가 프레임이나 배기 시스템에 충돌하지 않도록 위치를 정하는 데 도움이 되었습니다. Pirazzini는 또한 흡기 트럼펫과 흡기 덕트를 설계했습니다. CAD를 사용하여 헤드 흡입구의 직경을 기화기와 정렬할 수 있었고 계단과 압력 강하 또는 난기류를 피할 수 있었습니다.

백지

역설계, 복원 및 계측을 위한 3D 스캐닝

3D 스캐닝 및 인쇄 워크플로는 복제 및 복원, 리버스 엔지니어링, 계측 등에 적용할 수 있습니다. 백서를 다운로드하거나 웨비나를 시청하여 이러한 기술을 사용하여 자신의 디자인 워크플로를 정교하게 만드는 방법을 알아보세요.

백서 다운로드

양식 3으로 인쇄된 다양한 버전의 흡기 매니폴드.

최대 전력 출력을 제한하기 위해 매니폴드를 벗겨야 하는 경우 Pirazzini는 선형성을 잃지 않고 전달되는 전력을 제한할 수 있는 크기의 매니폴드의 3D 모델을 만들었습니다. 그런 다음 그는 테스트 벤치의 도움으로 시운전을 수행하여 그가 검사한 각 유형의 엔진에 적합한 매니폴드를 찾을 수 있었습니다.

그 결과 고전적인 마력 손실 없이 더 높은 엔진 속도에서 전달 곡선이 확장되었습니다. 본질적으로 엔진은 표준 가공 매니폴드에 비해 더 많은 마력(약 1HP, 거의 10% 증가)을 사용할 수 있지만 챔피언십 규칙에 의해 부과된 한계 내에서 유지되었습니다.

강성 10K 수지를 사용하여 내열성 개체 인쇄

새로운 매니폴드 디자인은 100미크론 레이어 높이에서 Rigid 10K Resin을 사용하여 Form 3로 인쇄되어 레이어 라인이 보이지 않는 매끄러운 표면을 생성했습니다. 마무리로 Pirazzini는 표면을 매끄럽게 하기 위해 고전적인 수성 사포를 사용했습니다. 외부 및 내부를 방수 처리해야 하는 FDM 매니폴드와 달리 SLA 인쇄는 견고하고 방수되는 부품을 생성합니다.

샘플 부품

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인쇄 시간은 매니폴드의 두께와 크기에 따라 다르지만 일반적으로 2시간에서 2시간 45분 사이입니다. 각 부품의 가격은 10유로에서 12유로 사이였습니다. Pirazzini는 밤새 최대 7가지 유형의 매니폴드를 인쇄할 수 있었고 다음 날 테스트할 수 있었습니다.

Andrea Pirazzini, Help3D 설립자

"3D 프린팅의 세계에서 PreForm은 내가 사용해 본 프로그램 중 가장 단순하고 전반적으로 가장 성능이 좋은 프로그램입니다."

PreForm을 사용하여 인쇄할 준비가 된 두 가지 버전의 흡기 매니폴드.

PreForm에서 사용자는 수동으로 개체를 배치하거나 자동 방향을 사용할 수 있습니다. Pirazzini는 사용자의 필요에 따라 추가하거나 제거할 수 있는 지지대의 생성을 최소화하는 경향이 있기 때문에 후자가 매우 유용하다는 것을 알았습니다. 인쇄 작업의 주요 영역에서 지원이 누락된 경우 소프트웨어에서 사용자에게 알립니다.

Andrea Pirazzini, Help3D 설립자

"특히 Form 3의 매우 좋은 점 중 하나는 인쇄물과 접촉하는 지지대의 크기가 정말 작고 제거할 잔여물이 거의 남지 않는다는 것입니다."

결과

Pirazzini가 Form 3로 인쇄한 매니폴드는 고온과 저온을 완벽하게 견뎌냈으며 여전히 그의 핏 바이크에 장착되어 있습니다. 열화상 카메라를 사용한 덕분에 Pirazzini는 Rigid 10K Resin이 훨씬 더 나은 열 성능도 제공한다는 사실을 발견했습니다. 냉각 핀이 있는 3D 인쇄 매니폴드는 기존 알루미늄 매니폴드에 비해 섭씨 40-50도 낮은 온도를 기록했습니다. 더욱이 외부 온도 약 33도에서 20~25분 정도 레이스를 펼친 후 실제로 추웠기 때문에 화상을 입지 않고 매니폴드를 만질 수 있었다.

예정된 프로젝트

흡기 매니폴드는 Rigid 10K Resin을 사용하여 실현된 프로젝트 중 하나일 뿐입니다. 실제로 Pirazzini는 이 소재가 2행정 엔진용 리드 밸브 팩, 태핏 커버, 실린더 헤드 커플링용 감소 플랜지 및 공기 저항이 필요한 기타 부품의 구성에도 적합할 것으로 기대합니다.