3D 프린팅 및 Formula One:모터스포츠의 5가지 트렌드

Formula One과 같은 역동적인 환경에서는 트랙 안팎에서 속도가 핵심입니다. 승패의 차이는 단 몇 초의 차이일 수 있기 때문에 경주용 자동차의 엔지니어링을 완성하는 것은 모든 Formula One 팀의 핵심 과제입니다.

그러나 경쟁 우위를 유지하면서 끊임없이 변화하는 규정의 세계에 신속하게 대응하려면 혁신 문화가 필요합니다. 따라서 Formula One 설계 및 엔지니어링 팀은 자동차 성능을 개선하기 위해 새로운 설계를 개발할 수 있어야 합니다.

그렇다면 3D 프린팅은 어디에 적합할까요?

빠른 반복 및 복잡한 엔지니어링 솔루션을 생성하는 데 이상적인 3D 프린팅은 제품 개발 주기를 가속화하려는 설계자와 엔지니어에게 중요한 자산입니다.

프로토타이핑에서 경량 부품 제작에 이르기까지 Formula One 팀이 성능과 혁신을 향상시키기 위해 3D 프린팅을 사용하는 방법을 살펴보겠습니다.

1. 더 빠른 프로토타이핑

경주용 자동차 부품을 위한 새로운 디자인을 개발할 때의 두 가지 주요 목표는 1) 생산 시간 단축 및 2) 비용 절감입니다. .

적합 및 기능 프로토타입 개발 따라서 최종 버전이 생산되기 전에 부품을 검증하는 데 중요합니다. 여기에서 3D 프린팅은 최종 부품과 동일하거나 유사한 속성을 가진 프로토타입을 생산하는 비용 효율적인 수단을 제공함으로써 그 자체로 나타납니다.

포뮬러 원 팀에 대한 규정 및 기술 사양은 모터스포츠 관리 기관인 FIA(Fédération Internationale de l'Automobile)에서 설정합니다. 이 프레임워크 내에서 엔지니어는 일반적으로 매년 새 차를 설계합니다. 이러한 변화 속도에서 프로토타입을 구상하는 즉시 최대한 빨리 프로덕션에 적용하는 것이 중요합니다.

3D 프린팅을 통해 부품을 훨씬 빠르게 제조할 수 있습니다. 기존 제조 방식이 허용하는 것보다 이 기술을 통해 엔지니어는 부품을 제조하기 전에 패턴과 금형을 설계하고 생산하는 시간 소모적인 단계를 없앨 수 있습니다. 3D 프린팅이 디지털 CAD 파일로 시작하기 때문입니다.

예를 들어, Williams F1 베이스의 F1 팀은 매달 2,000개 이상의 3D 프린팅 부품을 배송할 수 있다고 합니다. 이는 부품을 기존 제조 수단으로 생산했다면 불가능했을 것입니다.

2. 설계 유연성 향상

3D 프린팅은 구성 요소의 디자인을 빠르고 비용 효율적으로 수정할 수 있는 기능을 제공합니다. . 설계를 빠르게 변경하고 짧은 시간에 3D 인쇄할 수 있다는 것은 엔지니어가 더 짧은 시간에 실수를 찾아 설계를 수정할 수 있다는 것을 의미합니다.

이는 "포장" 문제에 직면한 설계에 특히 중요합니다. 공기역학적 이점을 극대화하기 위해 경주용 자동차는 차량 내부에 많은 공간을 남기지 않고 매끄럽게 설계되었습니다. 그러나 이 기능으로 인해 피트 스톱 중에 자동차 내부 부품에 쉽게 접근할 수 있는 방식으로 자동차 구성 요소를 포장하기가 어렵습니다.

3D 프린팅을 통해 엔지니어는 새로운 설계를 신속하게 시도하고 가장 적합한 구성 요소 및 구성을 개발하는 데 더 큰 유연성을 갖게 됩니다.

3. 향상된 풍동 테스트

3D 프린팅은 풍동 테스트를 위한 내구성 있고 정확한 부품을 생산하는 데 없어서는 안될 도구가 되었습니다. , 경주용 자동차의 공기역학적 특성을 평가하는 중요한 수단입니다. 공기 역학은 모터스포츠의 중요한 요소입니다. 차량에 가해지는 잠재적인 힘과 이것이 속도에 미치는 영향을 평가하여 승패를 가를 수 있습니다.

F1 팀의 경우 실제 자동차 테스트는 일반적으로 1년에 몇 번으로 제한됩니다. 따라서 풍동 모델은 자동차 부품을 테스트하는 훨씬 빠르고 저렴한 방법을 제공합니다.

풍동 테스트에는 실제 자동차 크기의 60% 크기인 모델을 트레드밀에 올려 경주 중에 자동차가 도달할 동일한 조건(고속, 바람의 힘 등)을 모방하고 조정하는 작업이 포함됩니다. 필요하다면.

현재 3D 프린팅은 이 복제 경주용 자동차에서 테스트할 부품을 만드는 데 가장 널리 사용됩니다. . 기계 가공 및 모델 제작과 비교할 때 3D 프린팅은 풍동 테스트용 모델을 생산하는 더 빠르고 저렴하며 효율적인 방법을 제공합니다. 또 다른 장점은 속도입니다. 설계 변경이 필요한 경우 적층 제조를 통해 풍동에서 테스트할 수 있는 구성 요소를 훨씬 더 빠르게 생산할 수 있습니다.

알파 로메오 자우버 F1 팀 예를 들어, SLS 및 SLA 3D 프린팅을 광범위하게 사용하여 풍동 자동차 모델용 엔진 커버, 내부 덕트 및 핸드 디플렉터는 물론 프론트 윙, 브레이크 덕트 및 서스펜션 커버를 포함한 부품을 생산합니다. 이 팀은 이 기술을 사용하여 작업일당 200~300개의 플라스틱 부품을 3D 프린팅할 수 있으며 "적층 제조 부품 생산 이외의 다른 방법으로는 불가능할 것"이라고 말했습니다.

4. 신속한 툴링 생산

3D 프린팅은 또한 도구 장비 제작과 관련하여 매우 중요한 기술입니다. , 지그 및 고정 장치에서 희생 및 복합 도구에 이르기까지. 이 기술을 통해 제조업체는 기존 툴링 생산과 관련된 높은 비용과 긴 리드 타임 없이 복잡한 맞춤형 툴을 생산할 수 있습니다.

예를 들어, FDM 기술은 ULTEM과 같은 고성능 재료를 사용하여 레이업 도구를 보다 빠르고 비용 효율적으로 생산하는 데 사용할 수 있습니다. McLaren Formula One 팀 FDM을 사용하여 대형 리어 윙 플랩 확장을 위한 레이업 도구를 3D 인쇄한 후 AM의 이점을 인식했습니다. 리어 다운포스를 증가시키도록 설계된 부품은 3일 만에 ULTEM 1010 소재로 제작되어 리드 타임을 크게 단축했습니다.

3D 프린팅은 또한 주문형 도구를 생산하는 추가 이점을 제공하여 생산 및 조립 속도를 높입니다. 일부 팀은 이미 트랙에서 3D 프린팅을 사용하여 레이스 중 마지막 순간에 수정하는 데 도움이 되는 도구를 생산하고 있습니다. 이는 값비싼 택배 서비스가 필요 없다는 추가 이점이 있습니다.

5. 향상된 부품 성능

팀이 경주용 자동차 부품의 속도, 안정성 및 효율성을 개선하려는 경우 3D 프린팅은 부품 성능 개선에 도움이 될 수 있습니다. .

경주용 자동차는 상대적으로 가벼워야 하기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 금속은 부품이 탄소 섬유로 된 알루미늄입니다.

3D 프린팅은 특히 가볍고 복잡한 열가소성 수지 및 금속 부품을 생산하는 데 적합하여 상당한 성능 이점을 제공할 수 있습니다. 이론적으로 3D 프린팅 부품이 제공하는 중량 감소는 승패를 가를 수 있습니다.

Alfa Romeo Sauber Formula 1 팀 예를 들어, 직립 커버, 차고 장비, 배기 부품, 그리고 자동차당 몇 가지 고유한 인터쿨러 및 라디에이터 입구 및 출구 세트를 포함하여 최종 자동차에 사용할 3D 인쇄 금속 부품을 생산합니다.

모터스포츠에서 3D 프린팅의 과제

현재 Formula One 및 모터스포츠 전반에서 3D 프린팅을 사용하고 있음에도 불구하고 기술의 잠재력을 완전히 최대화하는 데에는 몇 가지 문제가 여전히 남아 있습니다.

#1 일관성 보장

완성된 3D 프린팅 부품은 최종 재료 및 치수 속성과 관련하여 종종 다를 수 있습니다. 모터스포츠 팀은 적층 제조 공정의 일부 또는 대부분을 아웃소싱하는 경우가 많기 때문에 매번 정확히 동일한 부품을 얻지 못할 수도 있습니다.

그러나 3D 프린팅이 제공하는 이점은 많은 모터스포츠 회사가 제조 프로세스를 더 잘 제어할 수 있도록 더 많은 3D 프린팅을 사내에 도입하도록 장려합니다.

#2 교육

그러나 사내 3D 프린팅은 다른 문제의 원인이 될 수 있으며 그 중 하나는 기술 전문성 부족입니다. 3D 프린팅은 수십 년 동안 존재해 왔지만 프로토타이핑과 생산 도구로 제조 분야에서 점차 채택되고 있습니다. 이는 교육에도 영향을 미쳤습니다. 이는 많은 디자이너가 적층 제조에 대한 광범위한 경험이나 노출이 없음을 의미합니다.

결과적으로 3D 프린팅의 이점을 활용하려는 모터스포츠는 필요한 노하우와 기술 기반을 구축하는 수단으로 교육 프로그램에 투자할 준비가 되어 있어야 합니다.

#3 24시간 생산 관리

모터스포츠 회사의 사내 3D 인쇄 기능이 성장함에 따라 생산되는 부품의 양도 증가합니다. 이 분야의 일부 회사는 10대 이상의 기계를 사용하고 매주 수천 개의 부품과 프로토타입을 생산하고 있습니다. 이러한 대량 생산으로 인해 워크플로 관리 시스템이 없는 경우 기업은 불가피하게 3D 인쇄 부품 생산을 관리해야 하는 문제에 직면하게 될 것입니다.

이러한 비효율성 중 일부에는 매일 수신되는 대량의 수신 요청을 수동으로 관리하는 것이 포함됩니다. 이러한 워크플로의 대부분은 특히 회사가 여러 시설과 위치에서 작업할 때 가시성과 추적성이 부족합니다. 이는 팀이 생산 프로세스 전반에 걸쳐 프로젝트를 효율적으로 추적할 수 없음을 의미합니다.

이 문제를 극복하는 방법 중 하나는 가능한 한 많은 워크플로 단계를 자동화하는 것입니다. 전용 워크플로우 자동화 소프트웨어는 모터스포츠 회사가 3D 프린팅 생산을 관리할 때 겪을 수 있는 많은 병목 현상을 극복하는 데 유용한 도구로 제공됩니다. 일부 이점에는 요청 관리 프로세스 자동화, 작업 스케줄링 및 요청에서 생산 및 그 이상까지 부품 추적이 포함됩니다.

현재 사용 사례

3D 프린팅은 여전히 ​​모터스포츠 분야에서 프로토타이핑에 가장 일반적으로 사용되기 때문에 이 기술은 경주용 자동차와 같은 고성능 애플리케이션에 사용하기에 충분한 강도와 내구성을 가진 최종 부품을 생산하는 데 부적합하다는 일반적인 오해가 있습니다.

그러나 3D 프린팅은 이미 최고 수준의 모터스포츠 엔지니어링 내에서 더 무겁고 비용 효율성이 낮고 생산 시간이 더 많이 소요될 수 있는 기계 가공된 자동차 부품에 대한 실행 가능한 대안으로 사용되고 있습니다.

3D 인쇄 롤 후프

예를 들어, 전복 시 운전자를 보호하는 중요한 안전 구조인 롤 후프는 Alfa Romeo Sauber F1 팀이 금속으로 3D 인쇄하고 있습니다.

특히 이 부품은 적층 가공을 위해 특별히 개발된 경량 금속인 Scalmalloy로 만들어졌습니다. 이 재료를 DMLS(직접 금속 레이저 소결)와 함께 사용함으로써 Sauber F1은 구조적 무결성을 위한 복잡한 내부 기능을 가진 훨씬 더 가벼운 롤 후프를 생산할 수 있습니다. 또한 생산 리드 타임을 20~25% 단축할 수 있었습니다. 회사에 따르면 알루미늄으로 가공된 기존의 롤 후프는 적층 방식으로 생산된 부품에 비해 리드 타임이 훨씬 더 길었고 강도의 일관성도 덜했습니다.

구조용 자동차 부품

McLaren F1 팀은 또한 3D 프린팅을 사용하여 자동차 구조 부품을 생산하고 있습니다. 바로 작년에 회사는 Stratasys 3D 프린터를 사용하여 2017 경주용 자동차의 구조 브래킷을 3D 인쇄했습니다. FDM 3D 프린터에서 탄소 섬유 강화 나일론으로 제작된 브래킷은 기존 제조 방법을 사용하여 이러한 구성 요소를 만드는 데 필요한 것으로 추정되는 2주에 비해 단 4시간 만에 3D 인쇄되었습니다.

모터스포츠를 위한 3D 프린팅:경쟁 우위

모터스포츠 회사가 끊임없이 변화하는 경주 규정을 준수하면서 자동차 성능을 개선하기 위해 지속적으로 노력함에 따라 3D 프린팅은 이 분야에 많은 이점을 제공합니다.

이 기술은 새로운 설계를 위한 개발 시간을 단축하고 상당한 성능 이점을 제공할 수 있는 최종 사용 부품을 생산하는 데 도움이 될 수 있습니다. 기술이 점점 더 많이 채택됨에 따라 우리는 훨씬 더 혁신적인 애플리케이션이 구현되어 팀을 승리로 이끄는 것을 보게 될 것입니다.