3Dプリント技術がインベストメント鋳造に取って代わり、F1レーシングカーのターボチャージャーを生産

出典: GF マシニングソリューションズ

トラック上でもトラック外でも、スピードが勝利の鍵であり、その驚異的なスピードの背後には強力なエンジニアリング設計と製造能力があります。競争がますます激しくなるにつれ、部品の設計と製造も大きな課題に直面しています。加速のための主要装置であるターボチャージャーを例にとると、レーシングカーに使用されているターボチャージャーは、非常に複雑な形状、幾何学的特徴、材料を備えています。そのため、かつては精密鋳造が唯一の方法でしたが、その欠点と限界も明らかでした。

△従来の精密鋳造法で製造されるターボチャージャー付きレーシングカーの競争力を高めるには、主要部品がシンプルな設計の原則に従いながらより高い性能を発揮する必要があり、力の正確なバランスが求められます。これには必然的に頻繁な設計変更が必要となり、柔軟で効率的な生産プロセスが必要になりますが、これはまさに複雑な精密鋳造プロセスでは満たせないものです。プロセスステップが増えるほど、エラーのリスクが高くなり、欠陥の可能性が高まり、生産サイクルが長くなります。ターボチャージャーが効率よく作動するためには、内部の熱が外部ケーシングに伝わらないように、効果的に断熱し、空気層を形成する二重壁構造にする必要があります。しかし、二重壁構造の問題は、鋳造が難しいことです。

理想的な作動圧力を維持するために、2 つのウェイストゲートから排気する必要があります。鋳造方法は、メインケーシングと 2 つのウェイストゲートを別々に製造し、後で組み立てる方法であるため、コストと重量が大幅に増加します。エンジンの軽量化も課題の1つです。レーシングカーの平均設計速度は時速200kmを超えており、軽量化によって性能が大幅に向上します。そのため、エンジンの重量を軽減するためには、すべての部品の壁厚を可能な限り薄くする必要がありますが、薄肉鋳物は強度が十分ではありません。

さらに、鋳造プロセスでは多くの複雑な内部幾何学的特徴や機能面を形成することもできますが、製造サイクルは一般的に長くなります。さらに、一部の形状は鋳造では形成できません。たとえば、閉じた空洞内の幾何学的特徴は、鋳造やその後の加工では形成できません。そのため、初期段階でターボチャージャーを設計する際には、鋳造プロセスに関して多くの制約を受けることになります。

インベストメント鋳造には多くのプロセスステップと長い生産サイクルがあり、レーシングカーの急速な要求を満たすことが困難です。パフォーマンスをさらに向上させるには、車が新しいラップ記録を樹立できるように、より高度なテクノロジーが必要です。

積層造形により、設計の自由度が最大限に高まり、部品の機能性に重点を置くことができます。エンジニアは部品の設計において理想的な状態に近づくことができ、プロセスの制限を打破して複雑なコンポーネントを完全な部品に統合することができます。従来、このターボチャージャーは、メインハウジングと片側の 2 つのウェイストゲートの 3 つの部品を使用して製造されています。これら 2 つの部品を鋳造した後、さらに溶接して二重壁のヒートシールドに固定する必要があります。積層造形技術を使用すれば、ターボチャージャーを一体部品として設計し、一体成形することができ、ウェイストゲートにはガスケットやアセンブリは必要なく、代わりに完全なハウジングを直接印刷することができます。これにより、組み立て作業が大幅に簡素化され、重量も軽減されます。

さらに、一体型部品によりターボチャージャー全体の信頼性も向上します。厳しい公差で組み立て面を機械加工する必要がないため、漏れによって異なる部品間で発生する可能性のある故障を減らすことができます。多くの場合、二重壁構造の厚さを改善することで、断熱性を高めて性能を向上させながら、さらに重量を軽減することができます。

インベストメント鋳造法と比較すると、金属 3D プリントで製造された F1 レーシングパーツは、時間コストと製造コストの面でメーカーに明らかな利点をもたらします。製造目標を迅速かつ確実に達成するために、生産において付加製造を活用する高級自動車メーカーが増えています。 GF Machining Solutions は、ソフトウェア、金属 3D プリントおよび後処理装置、特許取得済みの System 3R 固定具という 3 つの並行ワークフローを通じて、設計から完成品の納品まで、ターボチャージャー向けの完全な付加製造ソリューションを提供します。

時間: 7月21日午後2時
カンファレンスの内容: GF Machining Solutions の付加製造の専門家が、この完全な付加製造ソリューションが、従来の精密鋳造プロセスを打破し、付加製造を通じて複雑な金属部品を製造するためにユーザーをどのようにサポートするかについて説明します。

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