レニショーの3Dプリントが、2024年オリンピックで英国自転車チームの金メダル獲得に貢献

2024年8月23日、アンタークティックベアは、世界的なエンジニアリング企業レニショーの金属3Dプリントが、2024年パリオリンピックで英国チームがトラック自転車競技で8個のメダルを獲得するのに貢献したことを知りました。
レニショーは、英国サイクリング連盟と提携し、 RenAM 500Qクアッドレーザー金属 3D プリンターを使用して、オリンピックトラックバイク 32 台用の 1,000 個を超える部品を 3D プリントしました。これらの部品には、空力クランク、チェーンステー、シートステーブリッジ、シートポストが含まれます。後者は、この種のものとしては初の 3D プリント部品であると伝えられており、優れた空力性能を可能にする斬新なデザインを特徴としている。
英国チームは当初、主に伝統的な方法でバイクを製造するつもりだった。しかし、COVID-19パンデミックの影響で2020年のオリンピックは2021年に延期され、時間が迫っていたため、付加製造を利用して納期を短縮する必要がありました。
レニショーは、2020年の東京オリンピックで英国自転車競技チームのトラックバイクの製造にも、RenAM 500M 3Dプリンターを使用しています。
ブリティッシュ・サイクリングのチーフ・プロジェクト・エンジニアであるオリバー・キャディ博士は次のように説明しています。「東京レース用に従来の機械加工法で製造されたカーボンファイバー部品は、すべての要件を満たしていましたが、パリのレースでは時間的制約があったため、一部のカスタム部品ではこのアプローチは実行不可能でした。積層造形の利点と、それが東京レースで達成できた成果を理解した後、この製造方法はさらに検討する価値があるとわかりました。」
△ 2024年英国オリンピックチーム自転車競技。画像提供：レニショー
英国のチームが付加製造技術を使用<br /> 2024年オリンピックでは、イギリスは合計65個のメダルを獲得した。自転車競技で11個、そのうち8個はトラック競技で獲得した。ハイライトの一つは、ケイティ・マーチャント、ソフィー・ケープウェル、エマ・フィヌケインが女子チームスプリントで金メダルを獲得し、世界新記録を樹立したことだ。
ブリティッシュ・サイクリングの装備および衣類開発チームは、英国チーム用の新しい自転車の開発と製造、そしてアスリートが成功するための最高のツールの提供を担当しています。競技中、組織のバイクは最高速度、バランス、空気力学を提供する必要があります。この目標を達成するには、金属 3D プリントを含む設計および製造能力が重要です。
新型コロナウイルス感染症のパンデミックにより2020年のオリンピックが2021年に延期されたため、英国自転車競技連盟は最適化された自転車を期限通りに納品するという大きなプレッシャーにさらされている。カーボンファイバー製のクランクやシートポストなどのコアコンポーネントは、当初は射出成形や機械加工などの従来の方法を使用して開発されました。これには、製造業者がまず最終部品を作成するためのツールを開発する必要があり、これは時間のかかるプロセスです。
「クランクやシートポストなどの部品はライダーに合わせてカスタマイズされるため、アプリケーションに必要なパフォーマンス向上を実現する方法を使用しながら、さまざまなサイズの部品を迅速に開発する方法を見つける必要がありました」とキャディ氏は説明します。
これを実現するために、チームは東京オリンピックでの成功をすでに支えているレニショーの金属3Dプリント技術を使用しました。
△ 3Dプリントされたシートポスト。写真提供：Renishaw。
3Dプリントがオリンピックの自転車競技の成功に貢献
レニショーは、初めて 3D 印刷技術を使用して、カーボンファイバー部品のプラスチックプロトタイプを印刷しました。レニショーの主任積層造形アプリケーションエンジニアであるベン・コリンズ氏は、次のようにコメントしています。「これらのコンポーネントの最適な形状と内部構造を見つけるには、英国サイクリングチームと共同で試験を実施する必要があることはわかっていました。
数回の試作とテストを経て、シートポスト、クランク、ブリッジやチェーンステーなどの小さな部品の外観デザインが決定しました。次に、彼らはチタンから部品を3Dプリントしました。
付加製造により複雑な形状が可能になり、不要な重量が削減されます。たとえば、空気力学に基づいたシートポストを開発する際、エンジニアは部品を可能な限りくり抜いた自由形状の形状を開発しました。
中空の中心と後方に傾斜したデザインにより、空気がバイクの中央を流れ、空気力学が最適化されます。各チタン製シートポストは、各ライダーの正確な寸法に合わせて 3D プリントされています。コリンズ氏によれば、これは従来の製造方法では不可能だという。
コリンズ氏はまた、 3Dプリントされた格子構造の価値を強調し、これによりチームは「元のカーボンファイバー部品と同じ剛性を、より軽量に実現」することができたと述べた。
通常、格子の厚さは部品全体で一定です。しかし、自転車のクランクの場合、さまざまな領域に加えられる力と電力によって応力点が発生します。コンポーネントの故障の原因となる可能性があります。
これに対処するため、レニショーはトポロジー最適化ソフトウェアを使用して、高応力ポイントでより厚いセクションを備えた独自の内部グリルを作成しました。重量を軽減するために、より薄いグリルが低応力領域に配置されています。
チタンクランクは、オリンピック競技の激しいストレスに耐えられることを確認するために ISO テストを受けています。標準的な自転車は通常 1,000 ニュートンの力でテストされますが、オリンピックバイクは 3,000 ニュートンの力に耐える必要があります。
「レニショーとの協力により、パリ 2024 向けに製造している特定の部品についてだけでなく、さまざまな用途で積層造形が最も価値を発揮できる分野や、設計が最終部品の性能にどのような影響を与えるかについても多くのことを学びました」とキャディ氏は付け加えました。
△ 3Dプリントされたクランクアセンブリ。画像提供：レニショー
3Dプリント自転車<br /> British Cycling に加えて、多くの企業も、付加製造が自転車生産にもたらす価値を認識しています。今年初め、3Dプリント材料開発企業Elementum 3Dとドイツの工作機械メーカーTRUMPFが協力し、INTENSE CyclesのM1ダウンヒルレースバイクの強化を図りました。
INTENSE は、サスペンション性能の向上に重要な要素となる自転車バックボーンの主要コンポーネントの製造に TRUMPF の金属 3D プリント技術を使用しています。このプロジェクトでは、Elementum 3D の A6061-RAM2 合金が使用されました。この 3D プリント可能な素材は、INTENSE アルミニウムフレームに使用されている合金に似ています。 RAM2 合金材料の溶接性と一貫した機械加工性により、3D 印刷パラメータの開発が簡素化されたと報告されています。これにより、目的の相対密度値に到達するために必要な反復回数が最小限に抑えられます。
一方、ウェールズのカスタムバイクメーカーであるAtherton Bikesは、Renishaw社と協力し、ワールドカップで優勝したバイクを3Dプリントした。両社は最初に、自転車のフレーム用の3Dプリントチタンラグの製造で協力しました。ラグは RenAM 500Q を使用して 3D プリントされており、軽量でありながら強度があるように設計されています。
その後、アサートンはこれらの 3D プリント技術を社内に導入しました。これにより、顧客は同社のオフィスからそう遠くないウェールズの山中で新しい自転車を試乗できるようになります。

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