F1レースにおいて3Dプリントはどのような役割を果たすのでしょうか?

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-12-25 16:17 に最後に編集されました

Antarctic Bear の紹介: F1 レースでは、パフォーマンスとスピードに対する要件が極めて厳しくなっています。ドライバーのスキルが重要であるだけでなく、自動車技術の最適化も極めて重要です。 3D プリント技術は 2000 年代初頭に導入されて以来、レースにおいて革命的な進歩をもたらし、FIA の厳しい規制を満たす軽量で高性能なコンポーネントの製造を可能にしました。

技術の発展に伴い、F1チームは複雑な部品の製造に3Dプリントを広く活用し、3Dプリント企業と協力してきました。この記事では、F1 における 3D プリントの具体的な利点と課題、そしてこの要求の厳しい分野の将来について検討します。準備はできたか？一緒にさらに詳しく見ていきましょう。

△マクラーレンは3Dプリント技術を使用して、シングルシートF1チームの1つを製造
トップレーシングチームが3Dプリントを採用

2022年から連続でコンストラクターズチャンピオンシップを獲得しているレッドブル・レーシングは、18年にわたってヘキサゴン・マニュファクチャリング・インテリジェンスと連携してきました。この長期にわたるパートナーシップにより、レッドブルは革新的な技術をテストして採用することができ、車両の安全性と信頼性を確保し、コース上の時間を数分の1秒に短縮することができます。特に、レッドブル・レーシングは、デジタルツインとシミュレーション技術を使用して、物理的なプロトタイプを構築する前に、レースカーを仮想的に設計およびテストします。

△レッドブル・レーシングチームはデジタルツインとシミュレーション技術を活用しています。マクラーレンF1チームは、プロトタイプ作成に3Dプリント技術を適用し、ストラタシス3Dプリンター20台を使用して毎年9,000個以上の部品を生産しています。さらに、レッドブルはROBOZEと協力して、F1カーの主要コンポーネントの設計と製造プロセスを再評価し、改善してきました。

Alpine チームは 20 年以上にわたって 3D Systems のサポートを受けており、多数の SLA および LPBF マシンを所有しています。「3D Systems は当社のすべての社内設備と資材の主要パートナーであり、必要に応じて他の企業に外注しています」と、アルパインの ADM マネージャー、パット・ワーナー氏は語ります。

そのため、F1における3Dプリント技術の応用はますます広がっています。パット・ワーナー氏は、元ルノーF1チームが1998年に最初の3Dプリンターを購入したことを指摘した。しかし、3D プリンティングが本当に重要になったのは 2010 年代に入ってからです。

△MCL32シングルシートレーシングカー油圧パイプブラケット、FDM技術を使用して3Dプリント
F1 レースでは 3D プリント技術のどのような具体的な用途が使用されていますか?

F1の分野では、3Dプリント技術はプロトタイプを迅速に作成する能力が際立っており、チームに大きな利点をもたらします。このテクノロジーにより、新しいコンポーネントの設計、製造、テストのプロセスがスピードアップし、イノベーション開発サイクルが短縮されます。 3D プリンティングはプロトタイプの作成だけにとどまらず、レースカーに直接組み込まれる機能部品の製造にも使用されています。

技術的な応用面では、熱溶解積層法 (FDM) 技術は、F1 レーシングカーのラピッドプロトタイピングやサンプル製造に広く使用されています。特に、ナイロンなどのポリマー材料は、その機械的特性により頻繁に選択されます。同時に、PEKK や PEEK などの高性能熱可塑性プラスチックも非常に人気があります。これらの材料の優れた耐熱性は、極端な温度条件下では特に重要です。1000 度を超える環境で動作するシングルシーターレーシングカーの部品には、特にこの材料が必要です。

マクラーレンは2014年に、FDM技術を使用して作られたエンジンバルブカバーという、初の3Dプリント部品をレースカーに導入しました。その後、チームは 3D プリントの使用を拡大し、MCL32 車両に油圧ラインを接続するために使用される構造ブラケットを製造しました。 FDM テクノロジーを使用して設計され、炭素繊維強化ナイロンで作られたこのブラケットは、わずか 4 時間で印刷できます。

もちろん、F1 カーで使用されている 3D プリント技術は FDM だけではありません。パトリック・ワーナー氏は、風洞試験用の目に見える要素を作るためにステレオリソグラフィー（SLA）技術が広く使用されており、車体や多くの内部構造がSLAと選択的レーザー焼結（SLS）技術を使用して製造されていると指摘しています。

△この車両には 3D プリントワークショップが装備されています。FDM 技術とは異なり、SLA は複雑な形状と高い詳細レベルの部品を製造できるため、通常は特定の要件を満たすことができます。風洞試験では、付加製造による週当たり 600 個の部品の生産が必要ですが、この需要はわずか 5 人の専門エンジニアのチームで対応できます。「従来の製造方法ではこのスピードに追いつけない」とワーナー氏は付け加えた。

選択的レーザー焼結法 (SLS) や直接金属レーザー焼結法 (DMLS) などの粉末床を使用した付加製造技術も F1 では一般的です。たとえば、フェラーリは2017年にDMLSテクノロジーを使用してレースカーの空力部品を作成しました。粉末床融合技術を使用して製造された 3D プリント部品には、より等方性の部品を製造できることや、多くの場合サポート構造が不要なため後処理時間が短縮されるなど、FDM や SLA 方式に比べていくつかの利点があります。一般的な金属部品には、排気管、エンジン部品、サスペンションなどがあります。

付加製造により、アルピーヌF1チームは、必要なすべての機能をコンパクトなスペースに統合しながら、ショックアブソーバーのスプリングの長さを最適化することができました。
F1で3Dプリントを使用する利点

付加製造技術は、特に車両の重量を軽減し、部品の生産をスピードアップする点で、F1に大きな利点をもたらします。軽量コンポーネントにより、車の全体的なパフォーマンスが向上し、3D プリントの迅速な対応機能により、レース中に問題を迅速に解決できるようになります。

3D プリントは設計の柔軟性も提供し、従来の製造技術では実現が難しい複雑な形状の製造を可能にします。これは、射出成形などの従来の製造方法に代わるものではなく、補完するものであり、それぞれの技術が特定の用途において独自の利点を提供します。 3D プリントは複雑な部品の製造やラピッドプロトタイピングに特に役立ちますが、従来の方法は大量生産や高性能部品に適しています。

環境に優しいF1カー

環境保護の分野では、3Dプリント技術の応用は、2030年までに排出ガスゼロを達成するというF1の目標と一致しています。 2026年から、F1はシングルシーターの持続可能性基準を向上させるために大きな変更を実施する予定です。マクラーレン・レーシングとストラタシスのコラボレーションは、生産プロセスにおける廃棄物を削減するためにリサイクル材料を 3D プリントの原材料として使用する一例です。

しかし、3D プリント技術を F1 レースの世界に統合するには、課題がないわけではありません。パット・ワーナー氏は次のように説明しています。「私たちは FIA が定めた認可材料のリストに制限されています。FIA に新しい材料を提案することはできますが、これには全会員の合意が必要であり、選択肢が限られています。」

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