파도바 레이싱팀, Formlabs 4L와 고온 레진으로 경량 고성능 라디에이터 3D 프린팅

파도바 대학 레이싱팀(Race Up Team Padova)이 전기 레이스카용 라디에이터를 처음부터 직접 제작하기로 했을 때, 레이스카의 열기를 견디고 안전 기준을 충족하면서 학생 포뮬러 1에 준하는 성능을 발휘하는 맞춤형 부품을 제조해야 한다는 것을 깨달았습니다. Formlabs Form 4L 3D 프린터와 엔지니어링 레진을 활용해, 대학생들은 이전 모델보다 67% 더 가벼운 맞춤형 라디에이터를 제작했고, 시상대에 올랐습니다.

2024 시즌 전까지 파도바 팀은 포뮬러 학생용 라디에이터를 전문으로 제조하는 회사의 기성품을 사용했습니다. 이 라디에이터는 플러그 앤 플레이 방식으로 통합이 쉽지만, 무게를 줄이면서도 자동차에 필요한 모든 동력 손실을 방열하는 등 개선 여지가 있었습니다.

Form 4L 3D 프린터, Form Wash, Form Cure, 엔지니어링 레진을 활용해 파도바 팀은 전기 레이스카용 경량 라디에이터를 제작했고, 바르노 데 멜레가리 서킷에서 열린 이탈리아 대회 FS ATA에서 종합 3위를 차지했습니다.

시중의 어떤 라디에이터도 팀의 요구를 충족하지 못하자, 팀은 연구에 몰두해 타원형 튜브와 핀 라디에이터 설계를 선택했습니다. 그러나 공급받은 라디에이터 코어에는 입구와 출구 매니폴드가 없었습니다. 자신들의 용도와 제약 조건에 완벽히 맞는 설계를 완전히 커스터마이징하기 위해 팀은 3D 프린팅으로 눈을 돌렸습니다.

압출 적층 모델링(FDM) 3D 프린팅 부품은 필요한 온도를 견디지 못해 즉시 실패했습니다. 팀은 이후 광경화 적층 조형(SLA) 3D 프린팅으로 전환하여 고온 레진(High Temp Resin)과 Form 4L을 선택했습니다.

"광범위한 평가, 테스트, 여러 프로토타입 반복 끝에 우리는 Formlabs 고온 레진을 선택했습니다. 이 레진은 해당 용도의 열적 스트레스와 기계적 요구 사항을 모두 견딜 수 있습니다."

파도바 레이싱팀

냉각 시스템은 워터 회로와 에어 회로 두 부분으로 나뉩니다. 워터 회로의 부품은 80°C에 가까운 작동 온도를 견뎌야 합니다. 이에 Formlabs 고온 레진이 선택되었는데, 이 레진의 열 변형 온도(HDT)는 0.45 MPa에서 238°C로 Formlabs 레진 중 가장 높기 때문입니다.

고온 레진으로 3D 프린팅한 부품:

• 원심 펌프를 파이프에 연결하면서 압력 강하를 일으키지 않는 맞춤형 입구

• 완전 맞춤형 라디에이터용 맞춤 부품과 팬

• 공기를 분리 제거하는 데 필수적인 볼텍스 탱크. 이름 그대로 소용돌이를 생성해 유체에서 기포를 분리 제거함으로써 회로 성능을 보장합니다.

1. 3D 프린팅 맞춤형 입구. 2. 모터 냉각 재킷. 3. 맞춤 부품과 팬. 4. 볼텍스 탱크. 5. 인버터 콜드 플레이트.

Form 4L의 대형 빌드 볼륨 덕분에 팀은 두 개의 플레이트와 두 개의 매니폴드를 한 번의 빌드로 프린트할 수 있었고, 사실상 라디에이터 하나를 한 번의 프린트로 제작했습니다. Form Wash와 Form Cure로 후처리하고 결합면을 샌딩한 후, Loctite EA 9497 접착제로 부품을 조립했습니다.

전년도 라디에이터와 비교해 약 1,200g, 즉 라디에이터당 약 67%의 중량 감소를 달성했습니다. 냉각 시스템이 두 개의 라디에이터로 구성되어 있어 총 2.4kg을 절감했습니다.

"이러한 긍정적인 결과로 무게를 줄일 수 있었던 것은 Formlabs의 기여 덕분입니다."

파도바 레이싱팀

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에어 냉각 회로는 차량 중앙에서 공기를 흡입해 배터리를 냉각시키고 후방으로 배출하는 개방 루프입니다. 공기는 배터리 각 셀에 있는 작은 탭을 통해 셀에서 기류로 열을 전달하며 냉각합니다. 이 시스템은 포뮬러 SAE 규정에 따라 배터리 팩과 접촉하는 요소는 UL-94 V-0 난연 소재여야 합니다. 이를 충족하기 위해 파도바 팀은 난연 레진(Flame Retardant Resin)을 선택했습니다.

에어 냉각 회로는 배터리와 접촉하므로 UL-94 V-0 난연 소재여야 합니다.

난연 레진(Flame Retardant Resin)은 UL 94 블루 카드 인증을 받은 특수 소재로, 자체 소화성이며 할로겐 프리이고 우수한 화재, 연기, 독성(FST) 등급을 가집니다. 이러한 특성 덕분에 배터리 시스템 근처와 같이 고온이나 발화원이 있는 환경에서 작동하는 부품을 3D 프린팅할 수 있습니다.

"Formlabs가 없었다면 이러한 혁신을 같은 방식으로, 즉 빠르고 신뢰할 수 있으며 정밀하게 달성할 수 없었을 것입니다."

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고온 레진과 난연 레진 외에도 파도바 팀은 탄소 섬유 라미네이팅용 금형 제작에 Rigid 10K 레진을, 유체 거동 테스트 및 검증에 클리어 레진을 사용합니다. Form 4L은 빠르고 쉬운 소재 교체로 Formlabs 레진 전체 라인업에 접근할 수 있게 해주어, 각 용도에 최적의 소재를 선택할 수 있게 합니다.

파도바 팀의 차량이 FS ATA 대회에서 3위를 차지했지만, 다음 버전을 위한 개선점을 이미 모색 중입니다. 리브 추가로 강도 보강, 유체 역학 최적화, 항력 감소 등이 그 대상입니다. 다음 반복 작업을 시작할 때 사용할 주요 도구 중 하나는 역시 Form 4L과 Formlabs 레진입니다.

Form 4L로 프린팅을 시작하거나 무료 샘플 파트를 요청해 Formlabs 소재를 직접 평가해 보세요.

Formlabs 3D 프린터는 학생들의 참여와 역량 강화를 위해 사용됩니다. 학생 및 교육자용 리소스와 가격 정보는 리소스 페이지를 확인하거나 영업팀에 문의하세요.