マリス、3Dプリント技術でピナレロの新バイクの軽量化に貢献

出典: マテリアライズ

はじめに: レース愛好家にとって、サイクリングとは、急な坂を登り、長距離を全力疾走し、容赦ない風と戦うことを意味します。バイクの重さがすべてです。ピナレロの新しいレーシングバイク「ドグマ F」は、サイクリストがずっと夢見てきた軽量モデルです。

このユニークなバイクを開発するために、ピナレロは革新的なパートナーと最新のテクノロジーの協力を必要としていました。 Materialise の幅広い金属 3D プリントサービスとカスタマイズされたワークフローにより、重要なシート部品の重量がほぼ半分になり、自転車の成功の大きな要因となりました。

課題サイクリング業界では、1グラムでも重要です。ピナレロは、競合他社よりも大幅に軽量なレースカーを製造したいと考えていました。しかし、この目標を達成するには、車両の重量を減らすだけでは不十分で、コスト、品質、生産速度、製造台数のバランスを取る必要もありました。

「ピナレロの研究開発部門が直面した課題は、まさに軽量化の問題でした」と、ピナレロの事業部長マウリツィオ・ベリン氏は説明する。「サイクリストが坂を登り、風に向かって何キロも疾走したいとき、自転車が軽ければ軽いほど、より速く走ることができます。だからこそ、私たちは重量をできるだけ減らすことを目標にしました。」

▲ピナレロのこの新しいバイクの主な設計目標の1つは、重量を減らすことだった。
ピナレロは、バイクの高性能を保証しながらも、シート部品の設計に従来の製造方法を使用して軽量設計を実現できなかった、技術的に経験豊富なさまざまなサプライヤーと協力してこのプロジェクトを開始しました。軽量化の目標を達成するために、ピナレロはマテリアライズと 3D プリンティングを採用しました。

解決
Materialise チームは、金属 3D プリントにより、より軽量なクランプを簡単に製造できることを知っていました。この場合の課題は、わずか数週間で部品を大規模に製造することでした。この生産目標を達成するには、Materialise の社内デザイナーとエンジニア、ソフトウェア、製造チームが協力する必要がありました。

「ドイツのブレーメンにある当社のメタルコンピテンスセンターには、社内の設計ノウハウ、研究開発部門の豊富な知識、工業生産プロセスを組み合わせた、必要な専門知識があります」と、マテリアライズのテクニカルプロジェクトマネージャーである Philip Buchholz 氏は説明します。

▲ 当社のメタルコンピテンスセンターでは、ソフトウェア、設計、エンジニアリングの専門家の知識を組み合わせて、金属 3DP を次のレベルに引き上げることができます。「設計とエンジニアリングは、ピナレロとの緊密な協力のもとで行われました」と、マテリアライズの設計エンジニアである Tim Hermanski 氏は述べています。「各設計の反復ごとに、まず仮想シミュレーションテストを完了しました。シートクランプは軽量である必要がありましたが、ライダーの体重を支えるのに十分な強度も必要でした。これらの内部テストにより、多くの時間が節約され、最終部品の印刷可能性と信頼性も確保されました。」テストが完了すると、チームは 3D プリントされた設計をピナレロと共有し、テストベンチや路上での疲労テストなど、独自の一連の物理テストを実施しました。

3D プリントの主な利点の 1 つは、設計を完了できる速度です。従来の製造では、設計を更新するたびに新しい金型と複雑な CNC プログラミングが必要になりますが、3D プリントではそうではありません。デザインは完全にデジタル化されているため、調整も素早く行えます。

部品の実際の設計に加えて、チームは、短期間で大量の部品を製造するという課題にも対処する必要がありました。このプロジェクトでは、1 か月以内に 2,000 個の部品を印刷する必要がありました。これにより、Materialise の印刷サービス能力が改めて証明されました。チームは協力して、ラベル付けや品質検査を含むフルサービスのカスタム生産ワークフローを作成し、目標を達成しました。

▲ カスタマイズされた生産ワークフローにより、チームは 1 か月以内に 2,000 個の部品を印刷できるようになりました。「私たちは、生産チェーンに工業化されたプロセスを導入する必要がありました」とフィリップ氏は言います。「私たちは、サポート構造や後続のステップを手動で処理する必要のない部品とプロセスを設計することで、これを実現しました。これらのステップを減らすことで、製造プロセスで多くの時間を節約できました。また、印刷時間を短縮し、必要な材料特性を満たし、コストを最適化することでプロジェクトをより実現可能にするカスタム印刷パラメータのセットも作成しました。

「今年後半に市場投入予定の、プロセス開発の広範囲にわたる「チューニング」を可能にするソリューションである Materialise Process Tuner で、私たちはすべての目標を達成しました。このソフトウェアは、パラメータ設定を高速化するだけでなく、自動化によって手作業によるエラーを減らし、将来使用するために中央データベースに保存されたすべての統計情報を可視化します。私たちは、数か月ではなく数週間で、最適化された印刷パラメータを開発しました。Metal Competence Center のソフトウェアと D&E チームの専門知識がなければ、これを達成することはできなかったでしょう。」

結果<br /> Pinarello との緊密な連携と社内チームの献身的な努力により、Materialise は Pinarello が目標を達成するために必要なコンポーネントを提供します。

3DP の専門家は、AM の設計の自由度を活用してシートコンポーネントを設計し、適切な材料を選択して大幅な軽量化を実現しました。最終的に、選択的レーザー溶融法で印刷されたチタン部品は、従来の製造プロセスで製造された元のアルミニウム設計よりも 42.5% 軽量になりました。

3D プリントの普及により、ツール・ド・フランスに出場するトップサイクリストだけでなく、世界中の誰もがこの技術を利用できるようになります。

— ピナレロ、オペレーション責任者、マウリツィオ・ベリン

Materialise がこれほど大規模な 3D プリント部品を生産できるスピードも印象的です。設計を最適化し、生産プロセスを合理化することで、チームは発注から 2,000 個の部品の納品までのプロセスを 3 週間で完了し、合計で 20,000 個の部品を生産しました。 3DP のスピードの利点は、従来の製造業の生産スピードと比較すると最もよくわかります。従来の製造業では、特に世界的な原材料と生産能力の不足によってサプライチェーンが影響を受けている場合、この規模の注文は 6 ～ 12 か月前に発注する必要があります。この文脈では、マテリアライズの製造センターがヨーロッパにあるという事実も大きな利点です。世界中のメーカーに注文する代わりに、Materialise はより短いリードタイムとより持続可能な納品を提供できます。

3DP 生産のスピードと精度、そして軽量な最終部品の組み合わせにより、最先端の Dogma F バイクが誕生しました。「Materialise と細部へのこだわりのおかげで、小さなシートクランプだけで 35 グラムの軽量化ができました」と Maurizio 氏は言います。「これを総合的に見ると、シートポスト自体の最終重量より 8 グラム軽いことになります。細部にこそ悪魔が潜んでいます。3D プリントのおかげで、それを実際に証明することができます。」

「しかし、軽量化だけが目的ではありません。3Dプリントの普及により、この技術はツール・ド・フランスに出場するトップサイクリストだけでなく、世界中の誰もが利用できるようになります。」