ハンコックタイヤはFigure 4とSLS積層造形法を使用して自動運転ソリューションを開発

出典: 3DSYSTEMS

3D プリントを使用する主な目的は、タイヤを製造する実際の金型を作成する前に、研究開発担当者とのコミュニケーションを改善することです。従来、金型は機械加工されており、開発には多額の費用と時間がかかりますが、これは新しいデザイン、形状、さらには体積を決定する伝統的な方法でもあります。

現在では、3D Systems の積層造形技術を使用することで、構造の小さな部分を使用して形状や構造を決定し、プロトタイプの安全性、騒音、その他のパラメータをテストすることで、研究開発をより迅速に行うことができます。

—ハンコックタイヤ＆テクノロジー、デザインイノベーションスタジオマネージャー、ローザ・ユン氏

ハンコックの設計センターがNPT非空気入りタイヤ設計を迅速に開発およびテストするのを支援することに加えて、同社はこのセンターを使用して、ロードノイズやその他の重要な要素について新しいトレッド設計を迅速に評価し、ハンコックのすべての新しいタイヤ設計の市場投入までの時間とコストを削減することもできます。

ハンコックデザインセンターの積層造形ラボには、Figure 4スタンドアロン3Dプリンターが設置されており、数分または数時間で部品を手元に置いてイノベーションを加速することができます。

ハンコックタイヤ＆テクノロジーは単なるタイヤ製造会社ではありません。ソウルに本社を置く同社は、電気自動車を事業の中心に据え、「未来のドライビングイノベーター」の実現に向けて自動化とテクノロジーに注力している。

最近、ハンコックは、i-Flex 非空気圧タイヤ (NPT) 向けに複雑な形状の複数のプラスチックおよびエラストマー設計を反復することで、迅速かつコスト効率よくイノベーションを推進する必要がありました。このタイヤは、最終的にハンコックの待望の HPS-Cell 自律モビリティプラットフォームの主要コンポーネントになります。

3D Systems の高精度な Figure 4 と選択的レーザー焼結 (SLS) 積層造形技術を活用することで、ハンコックの設計スタジオは i-Flex NPT 非空気入りタイヤの設計を迅速に反復し、設計チームとテストチーム間で生産レベルの部品を共有しながらコストを削減することができました。

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課題
コストを削減しながら、複数の材料を使用した複雑なタイヤとホイールの設計とテストを加速します。ハンコックタイヤ＆テクノロジーは、将来の自動運転車ソリューションには、最小限のメンテナンスと最大限の安全性および快適性を兼ね備えた新世代のタイヤが必要であると考えています。非空気入りタイヤ (NPT) はメンテナンスコストが低く安全性が高いため、この用途に適していますが、これらすべての条件を満たす非空気入りタイヤを開発するのは複雑でコストのかかる設計上の課題です。

ハンコックの設計者は、生物組織を模倣したバイオミメティック設計が非空気入りタイヤの内部サポートを提供できると考えていましたが、セル構造設計の数はほぼ無限であるため、ハンコックの設計スタジオは部分的なコンポーネントを迅速に評価し、完全なモデルをスケールする方法が必要でした。

新しいタイヤの従来の試作方法は、通常、2D スケッチから始まり、3D CAD 設計に移行し、その後、熟練した機械工によってアルミニウム型に変換されます。プロセス全体はコストがかかりすぎて時間がかかり、各反復に数週間または数か月かかる可能性がありました。

さらに、非空気タイヤ (NPT) の生体模倣サポート「スポーク」マトリックスは、その複雑な中空の相互接続構造のため、最も有能な加工ステーションでも対応が困難な場合があります。ハンコックは、ラピッドプロトタイピングと少量生産向けの積層造形システムを検討した後、プラスチックサポート構造とゴムトレッドを印刷するために 3D Systems の Figure 4 テクノロジープラットフォームを選択しました。

ハンコックは、金属タイヤ構造とヒンジのコンセプトを実現するために、選択的レーザー焼結法 (SLS) に関して 3D Systems のパートナーである CP Tech にも協力を依頼し、i-Flex 非空気圧タイヤのプロトタイプの開発を促進しました。ハンコックのデザイナーがよく言うように、これがモビリティの未来です。

解決
1- 非空気入りタイヤ i-Flex スポーク構造

ハンコックの非空気入りタイヤは、内部サポート用の複雑なバイオニックプラスチックマトリックス、ゴム製の外側のタイヤトレッド、タイヤエッジの周囲で部分的なサポート機能を果たす金属部品、および自動運転車に必要な追加機能で構成されています。これらの中空構造をプラスチックで加工することはほぼ不可能です。

△ 3D Systemsの積層造形技術を使用して印刷されたスポークのさまざまな反復とコンセプトが、ハンコックHPSセルの最終設計を形成しました。「3D Systemsの積層造形技術のおかげで、私たちは望むものや想像するものを何でも設計または製造できます」と、ハンコックタイヤ＆テクノロジーデザインイノベーションスタジオのデザイナー、ヒ・ソン・ジャンは述べています。「この技術は製造の制限を排除できるため、私たちにとって非常に便利です。構造や機械加工などの従来の製品設計には多くの制限があります。工作機械には制限があります。積層造形にはこれらの制限がありません。」

Figure 4 3D プリンターを使用することで、Hankook の設計者は、Figure 4 PRO-BLK 10 プラスチックとその熱可塑性のような機械的特性を使用して、さまざまなサポートマトリックスを迅速に反復することができました。 Hankook Design Studio のチームは、さまざまな生体模倣マトリックスの 3D 設計を、同じセル間隔を維持する部分的またはスケールされたプロトタイプにすばやく変換できます。これは、下流のテストに不可欠であると同時に、開発コストも抑えます。フルスケールのセル構造を含む部分コンポーネントを使用することで、Design Studio の設計者は、タイヤアセンブリ全体を決定する前に、物理テストを通じて候補デザインの相対的な強度を迅速に測定できます。

2 - 部分的なタイヤ騒音制御テスト 非空気圧式タイヤも含め、タイヤは安全で耐久性が求められますが、見た目や音響的にも優れている必要があります。つまり、人々は醜いタイヤも、騒音を出すタイヤも買わないのです。非空気圧タイヤサポートマトリックスを開発した後、Hankook Design Studio のデザイナーは、図 4 RUBBER-65A BLK エラストマー材料を使用して、部分的かつ縮小されたトレッドデザインを開発することができました。

「これらの材料と部品を使用することで、部品の騒音と安全性を評価できます」とローザ・ユン氏は言います。「テストシステムは、チャネルまたは溝に空気または水を送り込み、騒音を測定して構造が正しいかどうかを確認します。将来的には、これらのトレッドを半透明の図 4 材料で構築することで、このプロセスが容易になり、エンジニアはトレッド溝に沿って流体がどのように流れるかを確認できるようになります。これは、悪天候でのタイヤの安全性にとって重要な部分です。」

さらに、タイヤのトレッドを印刷することで、製造エンジニアは新しい非空気入りタイヤ (NPT) の安定性、潜在的な亀裂、信頼性の低下を評価しやすくなります。

3 - 新しいコンセプトのタイヤの可動部品 付加製造技術の複雑な形状を開発する能力により、ハンコックの設計者は、タイヤの 3 つの主要要素であるトレッド、NPT サポートマトリックス、可動熱可塑性リムアセンブリを接続するのに役立つ内部溝と構造を開発することもできました。熱可塑性部品は、3D Systems の SLS テクノロジーを使用して CP Tech によって製造されました。従来のタイヤには可動部品が含まれていないため、これはハンコックタイヤにとって新しいことです。

△ハンコックの非空気入りタイヤの設計には、内部サポート用のプラスチック部品、タイヤトレッド用のゴム素材、タイヤリムとサポート用の金属部品が含まれています。これら 3 つの要素はすべてここに示されています。ハンコックタイヤのデザインイノベーションスタジオのマネージャーである Rosa Youn 氏は、次のように述べています。「3D Systems を選んだ主な理由の 1 つは、当社のすべての材料要件をカバーできる、非常に幅広い材料の選択肢があることです。また、Figure 4 は非常に高速に印刷できます。時間の節約、信頼性、サービス、最適なトラブルシューティング、システムの可用性、手頃な価格が、決定の重要な要素でした。当社は 3D Systems の Figure 4 の価値を信じています。私にとって、これは最適な積層造形システムです。」

4 - タイヤプロファイルの標準的なビジュアルプロトタイプ Hankook Design Studio は、従来のタイヤトレッドとテストプロファイルの開発に Figure 4 プリンターの使用を拡大しました。これにより、すべての新製品設計の反復が大幅に高速化され、革命的であるだけでなく進化的なものになります。

ハンコックの設計センターがNPT非空気入りタイヤ設計を迅速に開発およびテストするのを支援することに加えて、同社はこのセンターを使用して、ロードノイズやその他の重要な要素に対応する新しいトレッド設計を迅速に評価し、ハンコックのすべての新しいタイヤ設計の市場投入までの時間とコストを削減することもできます。

ハンコックデザインセンターの積層造形ラボには、Figure 4スタンドアロン3Dプリンターが設置されており、数分または数時間で部品を手元に置いてイノベーションを加速することができます。

結果現実世界のノイズに耐え、テストをサポートできる、新しく革新的なマルチコンポーネント非空気圧タイヤ (NPT) 設計の反復を高速化します。

より高速な反復処理 反復の間隔は、数週間や数か月ではなく数日です。設計者は従来の機械加工の制約から解放されます。サポートマトリックスは、従来の機械加工システムでは事実上不可能です。

迅速な構造確認 従来の製造方法では製造できない複雑なエアレススポーク構造を効果的に検査できます。

素材の選択肢がさらに増えました 積層造形法を使用して硬質プラスチック製ブラケット、柔らかいゴム製ペダル、可動熱可塑性部品を開発できることから、設計者は 3D Systems のソリューションが幅広いアプリケーションの課題を解決するのに適していると確信しました。

完全サポート トレーニングからリアルタイムの設計ガイダンスまで、3D Systemsとパートナーは、ハンコックデザインスタジオの受賞歴のあるHPS-Cell自律移動プラットフォームの開発を順調に進めています。

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