3D 프린트 내열 인테이크 매니폴드로 모터스포츠 바이크 경쟁력 강화

Help3D 창업자 Andrea Pirazzini가 Formlabs 3D 프린터로 12 Pollici Italian Cup에 출전하는 자신의 피트 바이크용 맞춤 인테이크 매니폴드를 제작했습니다.

완벽하게 선형적인 파워 커브를 추구하며 Pirazzini는 유체 역학 시뮬레이션으로 매니폴드 지오메트리를 개선하여 국소적 압력 강하를 유발할 수 있는 리덕션 플랜지의 필요성을 제거했습니다.

3D 프린팅 도입으로 최소 비용으로 다중 설계를 반복하고, 다음 날 평가하여 트랙에서 성능 우위를 확보했습니다. 팀원 Elia Marescutti가 3D 프린트 매니폴드 장착 바이크로 2021 챔피언십에서 우승했습니다.

성능 최적화를 위한 매니폴드 리버스 엔지니어링

2012년부터 Pirazzini는 오토바이용 소형 기능성 부품에 3D 프린팅을 사용해왔습니다. Rigid 10K Resin이 출시되기 전까지는 더 크고 내열성이 필요한 구성요소를 다루길 주저했습니다.

사양을 철저히 검토한 후 전통적인 알루미늄 가공 인테이크 매니폴드에 도전하기로 했습니다. 이전 FDM 시도는 공기 누출로 카뷰레터 작동과 엔진 출력을 방해해 실패했습니다.

피트 바이크의 4스트로크 2밸브 엔진과 주변 프레임, 카뷰레터를 3D 스캔하여 시작했습니다. 데이터는 Autodesk Fusion 360으로 입력되어 프레임이나 배기와의 충돌을 방지하며 매니폴드의 정확한 크기와 위치를 잡을 수 있었습니다.

CAD로 헤드 흡입구 직경을 카뷰레터에 맞춰 정렬하여 압력 강하나 난류를 유발할 수 있는 단차를 제거했습니다. 흡입 트럼펫과 덕트도 설계했습니다.

리버스 엔지니어링, 복원, 계측을 위한 3D 스캐닝

3D 스캐닝과 프린팅 워크플로는 복제, 복원, 리버스 엔지니어링, 계측을 지원합니다. 백서 다운로드 또는 웨비나 시청으로 이 기술들을 설계 프로세스에 통합하는 방법 알아보기.

Form 3로 프린트된 다양한 버전의 인테이크 매니폴드가 아래에 전시되어 있습니다.

챔피언십 규정이 출력 상한을 요구했을 때 Pirazzini는 선형성을 희생하지 않으면서 마력을 제한하는 매니폴드를 모델링했습니다. 테스트 벤치로 각 엔진 구성에 최적의 설계를 식별했습니다.

결과는 고 RPM에서 확장된 전달 곡선으로, 챔피언십 규정을 준수하면서 기존 가공 매니폴드 대비 약 1 HP(≈10%) 더 많은 출력을 달성했습니다.

Rigid 10K Resin으로 내열 객체 프린팅

최종 매니폴드는 Form 3로 Rigid 10K Resin, 100마이크론 레이어 높이로 제작되어 눈에 보이는 레이어 라인 없는 매끄러운 표면을 얻었습니다. Pirazzini는 수성 샌드페이퍼로 마감했는데, 본질적으로 수밀성을 달성하는 SLA 프린트의 일반적인 관행입니다.

무료 샘플 부품 요청

Rigid 10K Resin은 Formlabs 엔지니어링 포트폴리오에서 가장 강성이 높은 소재입니다. 무료 샘플 부품 요청으로 Formlabs 품질을 직접 경험하세요.

프린트 시간은 두께와 크기에 따라 2시간에서 2시간 45분 사이였습니다. 부품당 비용은 €10~€12 사이. Pirazzini는 하룻밤 사이에 최대 7가지 매니폴드 변형을 프린트하고 다음 날 테스트할 수 있었습니다.

Andrea Pirazzini, Help3D 창업자

"3D 프린팅 세계에서 PreForm은 내가 써본 중 가장 단순하고 전반적으로 최고 성능의 프로그램입니다."

PreForm으로 프린트 준비된 두 버전의 인테이크 매니폴드.

PreForm에서 사용자는 부품을 수동으로 방향을 잡거나 소프트웨어가 자동으로 방향을 잡게 할 수 있습니다. Pirazzini는 자동 방향 잡기가 서포트 구조를 최소화하여 유용하다고 느꼈습니다. 서포트는 필요에 따라 추가 또는 제거 가능하며, 소프트웨어는 중요한 서포트가 누락되면 사용자에게 경고합니다.

Andrea Pirazzini, Help3D 창업자

"Form 3의 프린트와 접촉하는 서포트 크기가 매우 작아 제거할 잔여물이 거의 남지 않는 것이 아주 좋습니다."

결과

Pirazzini의 Form 3 프린트 매니폴드는 극한 온도를 견디며 피트 바이크에 장착된 상태로 유지됩니다. 열화상 촬영 결과 Rigid 10K 레진 매니폴드(쿨링 핀 포함)가 표준 알루미늄 매니폴드보다 40~50°C 더 낮게 작동함을 보여주었습니다.

주변 온도 약 33°C에서 20~25분 레이스 후 프린트된 매니폴드는 불편함 없이 만질 수 있어 우수한 열 관리를 입증했습니다.

향후 프로젝트

인테이크 매니폴드의 성공은 시작에 불과합니다. Pirazzini는 2스트로크 엔진용 리드 밸브 팩, 태핏 커버, 실린더 헤드 커플링용 리덕션 플랜지, 기타 기밀 부품에 Rigid 10K 레진을 사용할 계획입니다.