電気工学および電子技術ジャーナル

自動車産業における特殊部品の試作のための 3D プリント

ニコラ・コルセット

インダストリー 4.0 における革新的な技術の進化は、まったく新しい特性、具体的には新しい「材料パターン」を持つ 3D 印刷用の新しい材料の開発を特徴づけ、定義しました。その 1 つが間違いなく TPU (熱可塑性ポリウレタン) であり、革新的な積層製造における次の研究のアプリケーションの主役です。このポリマーには、衝撃、摩耗、擦り切れ、切断に対する高い耐性など、多くの利点があります。さらに、層の接着がかなり進んでいるため、製造された部品のレベルで優れた機械的均質性が得られ、部品が等方性になります。提案されたケース スタディでは、テスト録画やレーシング カーのテストに使用されるビデオ デバイスの過熱によって引き起こされる問題の解決に関連する結果が示され、デバイスの故障や重量の増加を避けるためにあらゆる種類の電化技術を回避しながら、常に使用できる革新的なソリューションが設計されました。熱応力を尊重することに高いレベルの注意が払われ、夏にフロント ガラスから太陽にさらされるコックピット内で発生する高温に対してコンポーネントを高いレベルの耐性にしました。重要なのは、低コストで高性能な国内製 3D プリンターと、現在では比較的安価に入手できる技術材料を使用することです。以下の研究で使用したツールは、低予算で設計を新たなレベルの課題に引き上げ、大量生産できない要素を適切に再現するために 3D プリントを誰もが使用できるツールにするための選択肢を示しています。ツールは、高解像度カメラ付きスマートフォン、流体力学機械部品、国内製 3D プリンター、TPU 材料スプール、写真測量および 3D モデリング ソフトウェアを備えたコンピューターです。使用した手順には、最初のステップの特定、具体的には、このテストに使用した車 (レーシングカー、ランボルギーニ ウラカン) の冷却グリルの測量と 3D スキャンが含まれ、問題のモデルの形状が単純なため、シンプルな写真測量技術が可能になりました。写真測量法によるデジタル調査段階は、自動車のダッシュボードのさまざまなショットで写真を撮ることから始まり、その後、デジタル媒体に転送され、ソフトウェアによって冷却グリッドの明確な画像が処理され、その後、設計に必要なすべての測定値を正しく解釈するために、以前に検出されたさまざまなパターンを使用してフルサイズに拡大されました。その後、市場にすでに存在するコンポーネントを使用して手順が定義され、防水モジュラー流体力学チューブと熱応力に適した材料のユニバーサルモジュラージョイントが選択され、最初のコンポーネントを配置する適切な場所を特定するための慎重な配置研究が行われました。適切な寸法フレームワークを特定することで、室内空調システムからの空気の流れを対流で最適化するのに適したデバイスを正しく数学的に設計することができました。目標は、車両の冷却を利用してフロントガラスにあるカメラを冷却することでした。その際、重量が大幅に軽減され、単一素材で、電気的またはその他の故障がなく、夏のレーストラックの高温にも耐えられる要素が必要でした。次のステップは、Rhinoceros 3D などのソフトウェアを使用して、デジタル環境で検出されたグリッド要素上にコンポーネントを直接 3 次元モデリングすることで、問題の材料を正しく印刷するために必要なすべてのタイプの基準を尊重しました。実際、TPU は、グリッドにフィットするように作られると、適切な気密閉鎖を得るためにモデルに適切な柔軟性を与えるために最小限の厚さが必要です。常に 3D モデリング ソフトウェアを使用することで、仮想環境にコンポーネントを配置して形状とスタイルの検証を行い、自動車分野のさまざまなドライバーや技術者と慎重に比較して、適切な美観と機能のコンポーネントを選択し、テスト材料を使用して印刷されたモデルのさまざまな物理テストを実施して、車内への製品の適用に関連する問題を物理的に理解することができました。重要なステップは、カンチレバー レイヤー サポートの助けを借りずに、クリーンかつ時間最適化された印刷を行うために、スタイル フォームと正しく設計されたジオメトリのバランスを尊重することでした。この機能は、プロトタイプの平らな部分を直接印刷プレート上に配置する慎重な「ステップ」設計のおかげで可能になりました。これにより、印刷フェーズ全体を慎重に管理し、さまざまな時間の印刷中に印刷プロセス中のさまざまな温度を適切に操作することで、増加するシルエットのモデル構造を実現しました。さまざまなテストを実施して特性を改良するために、さまざまな種類の 3D TPU 印刷材料を使用して、さまざまな種類のサンプルのさまざまな動作に関する注意深い調査を実施し、材料の挙動と設計されたモデルの形態の両方を研究するためにさまざまなテストが実施されました。結果は、接着やねじ接続による接続システムを作成する必要なく作られた、最終的に定義された物理製品の検証を通じて得られました。実際、使用された方法論には、最高の製品パフォーマンスを目指したコンポーネントの接着剤の回避、つまり、車の高価で技術的なダッシュボードに損傷を与えることなく、コックピットのさまざまな位置にあるカメラの冷却を最適化すること、圧縮されたカーボン表面に取り付けの痕跡を残さずに設計されたコンポーネントを完全に取り外し可能にすることが含まれていました。この活動により、適切な技術移転を通じてパフォーマンスが向上した前述の技術の価値が確認され、あらゆる設計および製造ニーズにおいて製品およびコンポーネントのパフォーマンスを最大化できるようになり、3D プリンターの稼働コストと工業材料供給コストの高さによりこれまでは考えられなかった特別なプロトタイピング活動を管理できるようになりました。