2021年にFIAが承認した3Dプリント金属材料のリスト

出典: 3Dプリンティング技術リファレンス

現在、FIAは2021年シーズンの3Dプリントに使用できる2つの高性能アルミニウム合金、A6061-RAM1とA2024-RAM2を新たに承認しました。どちらの材料も比強度が高く、車内の重量をさらに軽減できます。インコネル 625、コバルトクロム合金、その他のグレードのチタンやスチールなど、その他の 3D プリント金属材料もいくつか承認されています。

これまでに FIA によって承認された 3D プリント金属材料には次のものが含まれます。

アルミニウム合金: AlSi10Mg、AlSi7Mg、Al Cl-30AL

粒子強化アルミニウム合金：A20X、2024-RAM2、6061-RAM2

アルミニウムマグネシウム合金：スカルマロイ

チタン合金: グレード 1、グレード 2、Ti6Al4V、Ti5553、Ti6242。

鋼合金: 316、304、MS1、15-5PH、17-4PH、300M、4140。

高温合金: インコネル 625、インコネル 718、コバルトクロム合金。

ベリリウムを含まない銅合金。

3Dプリント高強度アルミニウム合金の種類については、「国内外の3Dプリント高強度アルミニウム合金の現在の種類と性能情報の概要」を参照してください。

チタン合金 Ti5553 および Ti6242 については、「代替 Ti6Al4V | 航空宇宙構造用途および付加製造プロセスに最適な候補材料」を参照してください。

アルミニウム合金 3D プリントにおける問題については、「積層造形アプリケーションにおけるアルミニウム合金の主な制限と欠陥の種類」を参照してください。

その他の重要な質問については、拡張資料を参照してください。

3Dプリント技術のサブセクターは無視できない

フォーミュラワンは、国際自動車連盟（FIA）が認可する最高レベルのモーターレースであり、F1カーは時速370km（230mph）に達する世界最速のロードトラックカーです。車をそれほど速く走らせるには多くのエンジニアリングが必要であり、すべての F1 チームは競争力を維持するために最先端のテクノロジーを使用しており、3D プリントは主要なテクノロジーの 1 つです。

軽量で空気力学的であることは速度を達成する上で重要であり、この 2 つの点において 3D プリント技術は優れています。エンジニアがロケットや戦闘機に 3D プリントを採用しているのは、F1 チームがこの技術を採用しているのと同じ理由、つまり軽量化と設計の自由度のためだ。外部部品は抗力を減らすために適合する必要があるだけでなく、F1 カーは達成できる馬力に対して非常に小さいため、すべての内部部品が占めるスペースをできるだけ小さくする必要があります。多くのコンポーネントは互いにネストされ、利用可能なスペースに収まるように設計される必要があるため、このような部品を製造するには 3D プリントよりも優れた方法はありません。

アルファロメオまた、F1チームは基本的に毎年新しい車を製造しています。毎年同じ車を作り直すだけでも大変で、開発の改良、テスト、検査、練習時間が必要になります。明らかに、チームが 3D プリントのパーソナライズされた、迅速で型を必要としない製造特性に頼らなければ、生産部品を反復することは困難になります。

2020年シーズン、アルファロメオチームの「C39」には、58個のチタン合金、19個の高性能アルミニウム合金、66個の通常のアルミニウム合金を含む143個の3Dプリント部品が装備されており、シャーシプラグイン、冷却回路パイプ、安全構造、軽量フェアリングなどの車体部品をカバーしています。 3D プリントを使用してこれらの部品を製造することで、車の重量が少なくとも 2% 軽減されました。これは F1 カーのパフォーマンスにとって重要です。

アルファロメオは、車の性能をさらに向上させるために、2021年新型レーシングカーC41～304において3Dプリント部品の使用をさらに増やしました。 AlSi10Mg、Scalmalloy超合金、Ti64、ステンレス鋼部品の割合はそれぞれ40%、36%、22%、2%です。これらの異なる材料の部品は車内のさまざまな位置に分散されており、C41の3Dプリント部品の総重量は14860gに達し、C39の13140gよりわずかに重くなっています。

3D プリントされたレースカーのダクトカバー (画像提供: Alfa Romeo Racing)
自動車メーカーは、最終用途向けの 3D プリント可能な部品を開発する手段として、トポロジー最適化とジェネレーティブデザインにますます注目するようになっています。

2021年のNASCARカップシーズンでは、スチュワート・ハース社のレーシングカーも3Dプリントを使用して重量を軽減し、パフォーマンスを向上させます。 Stewart-Haas 社はオートデスクと連携し、Fusion 360 ジェネレーティブデザインソフトウェアを使用して、ブレーキペダルの重量を 32% 削減するとともに、剛性と全体的な安全性を向上させました。 Renishaw の RenAM 500Q システムを使用して 3D プリントされた改良されたランニングボードが、Cole Custer の 750 bhp Ford Mustang に取り付けられました。

昨年、フラウンホーファーIAPTはフィアットと協力し、同社のスポーツカーの12個の部品を、元の部品より36%軽量な単一の3Dプリントサスペンション部品に統合しました。

スチュワート・ハース社はオートデスクと提携してブレーキペダルを3Dプリント、フィアットはスポーツカーの12個の部品を3Dプリントしたサスペンション部品に統合、ポルシェはアルミピストンを3Dプリント、同様にポルシェもTRUMPFおよびMAHLEと提携して主力の911スーパーカーのアップグレードエンジンピストンを3Dプリントしました。 AI 主導の設計アプローチを使用することで、メーカーは実験的なピストンの「クラウン」に冷却ダクトを統合することができ、これを取り付ければ、実質的に車両のエンジンに 30 馬力を追加できます。

ブレーキに関しては、ここ数年、いくつかの自動車会社が関連部品の製造に3Dプリントを利用することを検討してきました。 2019年7月、英国企業のCarbon Performance社は、独自のプラットフォームを使用してブレーキキャリパーを3Dプリントし、その後まもなく、ブガッティが3Dプリントブレーキキャリパーの実演に成功しました。

終わり

FIAが発表した3Dプリント用金属材料のリストからは、現在主流の3Dプリント用材料ではない材料が多く、十分に検証されていない新開発の材料も多いことがわかります。そのため、この分野における3Dプリント技術や新素材の需要が非常に高いこともわかります。記事でも指摘されているように、航空宇宙分野と自動車分野では、複雑な部品の製造、軽量化、小ロットの迅速な生産など、3Dプリント技術に対する共通の要求があります。この技術の特性を深く理解すれば、3D プリント技術は本当に優れていると思うようになります。

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