スコープがアルミ合金3Dプリント自転車ラチェットを発売、トポロジー最適化設計で軽量化の利点を実現

この投稿は warrior bear によって 2024-4-8 21:45 に最後に編集されました。

2024年4月8日、Antarctic Bearは、サイクリングに情熱を注ぐオランダのエンジニア、デザイナー、サイクリストのチームであるScopeが、高性能なハンドメイドのカーボンファイバーホイールを開発、販売していることを知りました。チームは、最先端の Artech 製品に使用するために、トポロジーが最適化された新しい 3D プリントラチェットを発表しました。このデバイスは、スカルマロイで印刷されたもうひとつの高級消費者向け製品です（ピナレロの最新のレーシングバイクのフレームからバレルハンドの「スペースウォッチ」まで、最近ではこのような製品を数多く目にしています）。これにより、同社は真に軽量なホイールセットと最適な空気力学を組み合わせることができます。

自転車の車輪では、ラチェット機構は、特に多段変速自転車では、リアハブの重要なコンポーネントです。通常、1 つ以上の爪とかみ合う歯で構成されており、車輪が一方向 (前方) に自由に回転できるようにしながら、反対方向 (後方) に回転するのを防ぎます。
この機構は、自転車のフリーホイールまたはフライホイールシステムの機能にとって不可欠です。ペダルを前方に漕ぐと、ラチェットが噛み合い、車輪が回転して自転車が前進します。ただし、ペダルを止めたり、後ろ向きにペダルを踏んだりすると、ラチェットが外れ、ペダルやチェーンを回転させずに車輪が自由に回転できるようになります。
△金属レーザー粉末床溶融結合（L-PBF）印刷プラットフォーム上で連続的に 3D 印刷されたラチェット。
ラチェットシステムにより、ペダルから後輪への動力の伝達が効率的になり、ペダルを踏み続ける必要がなく滑走が可能になります。これは、ほとんどの現代の自転車に見られるシンプルでありながら効果的なデザインです。
軽量ホイールの重要性は、いかなる競技サイクリングイベントにおいても過小評価できません。それはさまざまな点でライディング体験に影響を与えます。空気力学と軽量化の組み合わせにより、Artech は競合製品と一線を画しています。スコープは、Artech によってエアロホイールでツール・ド・フランスの登りステージを走れるようにし、自転車業界に革命をもたらしました。
△ 3Dプリントされたラチェットを備えたArtechホイールモデルの1つ。
未来の自転車ホイールの設計
Artech リムの形状は、Scope のアルゴリズム強化空力 (AEA) テクノロジーによって定義されます。このアルゴリズムは最も空気力学的なリムプロファイルを最適化し、可能な限り最高の空気力学性能を保証します。
2017 年にデルフト工科大学 (航空宇宙工学) と共同で開発されたオリジナルの AEA アルゴリズムは 2D ベースで、最適化においてリムとタイヤの相互作用効果を考慮に入れていました。空気力学のベンチマークを再定義するために、Scope はアルゴリズムを 3D ベースに改良し、コンポーネントを含む完全なバイクを最適化に組み込みました。

エアロスケールの効果を研究するために、Scope 社はエアロスケールありとエアロスケールなしの Artech リムの 3D プリントプロトタイプを作成しました。エアロスケールを使用したリムでは、下の抗力曲線に示すように、ヨー角が 10 度を超える場合と 10 度未満の場合に抗力が大幅に減少します。エアロスケールは、ヨー角が 10 度を超える場合と 10 度以下の場合の抗力を大幅に低減します。英国シルバーストーン・スポーツ・エンジニアリング風洞で測定（2023年6月）。

未来の自転車の車輪を印刷する<br /> トポロジー最適化は、一連の荷重ケースと指定された設計空間に基づいてハブシェルの形状を最適化する数学アルゴリズムです。アルゴリズムは、必要な強度を維持しながら最も軽量な設計を見つけます。興味深いことに、トポロジー最適化によって生成された骨のような構造は、再び自然の力を証明しています。
付加製造/3D 印刷技術により、トポロジー最適化の可能性が解き放たれ、極めて強力で軽量なホイール設計が実現します。 Artech のホイールシェルは、高性能アルミニウム - スカンジウム合金である Scalmalloy を使用してドイツで 3D プリントされています。これは、ドイツの企業 APWorks が積層造形専用に開発した最初の合金の 1 つであり、現在では航空宇宙産業やフォーミュラ 1 などの業界で使用されています。
ダイヤモンドラチェットシステムの最適化された設計により、ラチェット歯のピーク張力が低減されます。ダイヤモンドライクカーボンコーティングと組み合わせることで、スコープはより軽いチタン素材を適用できるようになり、スコープレースシリーズのスチールダイヤモンドラチェットに比べて重量が軽減されます。 4,000 ユーロという価格の Artech ホイールは、誰もが購入できるものではありません。しかし、多くのサイクリングのプロや愛好家は、それらを検討（そして望んでいます）しています。

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