Stratasys, Champion Motorsport 팀이 3D 인쇄 핵심 기술 테스트를 위해 협력

6월 27일, Champion Motorsport(미국 플로리다주 폼파노 비치)의 개조된 911 Porsche GT2 RS Clubsport 자동차가 99 타임 어택 1 디비전에서 1위를 차지했습니다. 미국 콜로라도주 콜로라도 스프링스의 파이크스 피크 인터내셔널 힐 클라임

팀이 성공할 수 있었던 비결 중 하나는 자동차의 공기역학적 구조였습니다. 날개, 차체 하부 스트레이크, 디퓨저 및 주행 시 차량 주변에서 공기를 보다 효율적으로 이동시키는 차량의 기타 구성 요소입니다. 도구가 필요 없는 탄소 섬유로 감싼 샌드위치 핵심 기술에 대한 성공적인 첫 번째 적용을 포함하여 이러한 구성 요소 중 많은 부분이 파트너 Stratasys(이스라엘 Rehovet 및 미국 미네소타주 Eden Prairie)에 의해 3D 인쇄되었습니다.

3D 프린팅 툴링 및 핵심 기술 입증

Champion Motorsport는 몇 년 동안 Stratasys의 고객이었습니다. 그러나 Stratasys의 선임 전략 애플리케이션 엔지니어인 Allen Kreemer는 "이 파트너십은 일반적인 공급업체/고객 관계 이상으로 발전했습니다."라고 말합니다. 예를 들어, Stratasys와 Champion은 이전에 Stratasys가 3D 프린팅 용해성 툴링을 위해 개발한 새로운 기술을 테스트하기 위해 협력했습니다. 이 기술을 사용하면 덕트 또는 기타 튜브 모양 부품용으로 형성된 용해성 플라스틱 코어를 인쇄한 다음 탄소 섬유 프리프레그로 포장합니다. 용해성 지지체 제거 탱크를 사용하여 인쇄된 도구가 용해되어 매끄럽고 완성된 속이 빈 복합 덕트가 남습니다.

패트릭 캐리(Patrick Carey) 수석 부사장은 "이것이 실제로 Champion Motorsport와의 파트너십의 시작이었습니다. 여기서 우리는 함께 협력하여 CNC 가공이나 성형과 같은 경계가 없는 매우 복잡하고 이음새가 없는 탄소 섬유 덕트를 비전통적인 방식으로 만들었습니다."라고 말했습니다. – Stratasys의 미주, 제품 및 솔루션

2019년에 두 회사는 동일한 기술의 새로운 반복을 테스트하기 위한 프로젝트에 협력하기로 결정했습니다. 하지 않는 3D 인쇄, 탄소 섬유 포장 코어 대신 완성된 부품이나 프로토타입의 구조적 핵심이 되는 물에 용해됩니다.

Kreemer는 샌드위치 구성 요소의 경우 유연한 알루미늄 벌집, 경질 구조용 발포체 등의 핵심 재료로 작업하고 성형하는 것이 어렵고 비용이 많이 들 수 있다고 설명합니다. Stratasys는 SABIC(사우디아라비아 리야드) Ultem 1010 고온 플라스틱을 사용하여 단단한 벌집형 코어를 인쇄합니다. "우리는 자동차에 맞도록 정확한 모양을 인쇄한 다음 금형을 사용하지 않고 탄소 섬유로 포장하고 가방에 넣고 경화시킵니다."라고 Kreemer는 말합니다. "우리는 고객이 여전히 사용하는 용해성 코어로 시작하여 이제 항공 우주 및 자동차 분야에서 광범위한 응용 분야를 갖게 될 이 샌드위치 코어로 이동했습니다."

“우리는 그것을 '도구가 필요 없는(toolless)'이라고 부르며, 이것이 바로 핵심입니다."라고 Carey가 덧붙입니다. "우리는 이 응용 프로그램을 만들어 금형을 만든 다음 금형에 올리는 전체 과정을 건너뛰었습니다." 그는 또한 도구가 필요 없기 때문에 모양을 쉽게 변경할 수 있다고 말합니다.

3D 프린팅으로 수상 경력에 빛나는 공기역학

Champion Motorsport 프로젝트의 경우 Stratasys가 경주용 차량의 프로토타이핑 또는 최종 설치를 위해 제작한 총 16개의 공기역학적 부품에 세 가지 다른 기술이 사용되었다고 Carey는 설명합니다. "우리는 Ultem 1010[탄소 섬유로 감싼] 코어를 인쇄했고, 탄소 섬유로 채워진 나일론 12를 사용하여 일부 부품을 3D 인쇄했으며, 유연성과 충격 강도가 필요한 경우 나일론 6을 사용하여 부품을 인쇄했습니다."

가장 큰 부품은 최종 부품 디자인을 테스트하기 위해 제작된 길이 7피트, 너비 5피트 리어 디퓨저 프로토타입 부품이었습니다. 이것은 Ultem 1010 폴리에테르이미드(PEI) 폴리머를 사용하여 F900 FDM(Fused Deposition Modeling) Stratasys 프린터에서 7개 조각으로 인쇄되고, 함께 결합되고, 탄소 섬유 프리프레그로 포장되고, 봉지에 담겨 오븐 경화됩니다. 부품의 처리 시간은 인쇄에 약 5일, 레이업 및 경화에 24시간이 조금 넘었습니다. Champion Motorsport의 기계 엔지니어인 Chris Lyew는 다음과 같이 말했습니다.>

코로나19로 인해 이번 여름에 대면 행사를 개최할 수 있는지 여부가 불확실하기 때문에 "프로젝트가 막바지에 시작되었고 많은 시스템을 동시에 해결해야 했습니다."라고 Lyew는 설명합니다. "공기 역학은 그 중 하나이며 일반적으로 구성 요소를 설계, 테스트 및 반복하는 데 시간이 많이 걸리는 프로세스입니다."라고 그는 말합니다. 기존의 방법은 툴링 생성, 몰드에 수작업 레이업, 코어 절단 및 피팅이 필요했습니다. "이 프로세스가 없었다면 트랙에서 차량을 테스트하기 위한 목표 날짜를 맞출 수 없었을 것입니다."라고 Lyew는 말합니다.

자동차의 프론트 스플리터도 비슷한 방식으로 프로토타입을 만들고 테스트를 거쳤습니다. 프로토타입이었던 부품의 경우 최종 생산 부품은 전통적인 툴링으로 만들어졌지만 프로토타입 부품은 다양한 반복 테스트를 위한 패턴으로 사용되었습니다. Carey는 “도구가 필요 없는 프로세스를 통해 더 빠르게 반복하고 테스트한 다음 더 빠르게 반복하고 테스트할 수 있습니다. 기존 도구를 사용하면 반복할 수 없으며 하나만 만들고 계속 사용할 수 있습니다. 여기에서 실제 부품을 만들고 테스트하고 배울 수 있습니다."

Stratasys에서는 여러 소형 생산 부품도 생산했습니다. 예를 들어, 자동차 앞 범퍼 양쪽의 윙렛은 35% 탄소 섬유로 채워진 나일론 12로 인쇄되었으며, 차량 측면 스커트 역시 벌집 모양 내부 충전재가 있는 Ultem 1010으로 인쇄된 다음 탄소 섬유로 덮였습니다.

차량 주변의 공기 흐름을 제어하는 ​​데 도움이 되도록 전략적 지점에서 차량 외부에 볼트로 고정하는 작은 지느러미 모양의 부품인 차량의 공기역학적 "스트레이크" 중 많은 부분도 탄소 섬유로 채워진 나일론 12 또는 비강화 나일론 6으로 인쇄되었습니다. 부품은 쉽게 재설계되거나 손상 또는 마모로 인해 필요에 따라 교체되도록 설계되었습니다. "Pikes Peak에는 잠재적으로 손상을 줄 수 있는 거친 지형이 상당히 많이 있으므로 [스트레이크]를 쉽게 교체할 수 있는 능력이 우리에게 핵심이었습니다."라고 Lyew가 덧붙입니다. 레이스 중 필요에 따라 쉽게 교체할 수 있도록 여러 예비 세트도 인쇄 및 배송되었습니다.

파이크스 피크 너머

Kreemer는 파이크스 피크(Pikes Peak)가 이 기술을 테스트하기에 이상적인 레이스가 되었다고 말합니다. 가장 높은 지점에서 14,000피트 고도에서 열리는 이 이벤트의 고유한 환경 때문입니다. “모든 경주용 자동차는 견인력을 얻기 위해 자동차를 트랙으로 밀어내기 위해 다운포스를 사용하지만, Pikes Peak의 이러한 특정 자동차는 세계의 다른 어떤 형태의 모터스포츠와도 다릅니다. 자동차를 트랙에 고정시키기 위해 과장된 공기 역학적 효과가 필요하기 때문입니다. [ 그 고도에서].” 그 결과 다른 유형의 경주용 자동차에 사용되는 것보다 더 큰 날개와 기타 공기 역학적 구성 요소가 생성됩니다.

앞으로 Stratasys는 유사한 공기 역학적 부품에 대해 다른 레이싱 회사에 도구가 필요 없는 인쇄된 핵심 기술을 도입할 계획입니다. Carey는 미래에 소량의 자동차, 레크리에이션 해양 또는 심지어 내부 항공 우주 부품에도 많은 다른 잠재적인 응용 분야가 있을 것이라고 말합니다. "반복 작업이나 맞춤형 디자인이 필요한 모든 애플리케이션에 가치를 더할 수 있다고 믿습니다."라고 그는 말합니다.