자동차 Alpine F1 팀은 티타늄 프린팅 유압 축압기로 에너지 및 유체 관리를 향상

Alpine F1 팀은 최소한의 설치 공간에서 완전한 기능을 갖춘 티타늄 유압 축압기를 생산함으로써 자동차의 성능을 향상시키기 위해 금속 적층 제조(AM)로 눈을 돌렸습니다. Alpine F1 팀은 3D Systems와의 수년간 협력 공급 및 개발을 통해 복잡한 부품을 생산하기 위해 3D Systems의 DMP(직접 금속 프린팅) 기술을 선택했으며 최적의 품질을 보장하기 위해 3D Systems의 전문성과 독점 세척 프로세스에 의존했습니다.

“부품 자체의 필수 정확도 외에도 인버터 코일에 대한 매우 엄격한 유체 청정도 요구 사항이 있었습니다. 이는 3D Systems와의 협력을 통해서만 달성할 수 있었습니다. 그들의 독점적인 세척 프로세스는 까다로운 내부 채널에서도 입자가 없는 구성 요소를 제공하기 위해 고성능 응용 프로그램에서 입증된 실적을 가지고 있습니다." 

 - Pat Warner, 고급 디지털 제조 관리자, Alpine F1 팀 

Challenge

고급 설계 및 제조를 통한 성능 향상

Alpine F1 Team은 가능한 한 성능을 향상시키고 개선하기 위해 매우 짧은 반복 주기로 작업하면서 지속적으로 차량을 개선하고 있습니다. 사용 가능한 제한된 공간 내에서 작업하고, 부품 중량을 가능한 한 낮게 유지하고, 진화하는 규제 제약을 준수하는 것이 끊임없는 도전 과제입니다.  

3D Systems의 AIG(Application Innovation Group) 내 전문가들은 Alpine F1 팀에 도전적이고 기능 중심적인 내부 형상을 가진 복잡한 코일 구성 요소를 위한 티타늄 생산을 가능하게 하는 노하우를 제공했습니다. 적층 제조는 매우 복잡한 부품을 짧은 리드 타임으로 공급함으로써 급변하는 혁신의 과제를 극복할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. Alpine F1 Team의 유압 어큐뮬레이터와 같은 부품의 경우 설계 복잡성 수준과 청정도에 대한 엄격한 요구 사항으로 인해 성공적인 부품을 위해 추가적인 AM 전문 지식이 필요했습니다.

Solution 

01 제한된 공간에 복잡한 기능 패키징

적층 제조를 통해 Alpine F1 팀은 제한된 공간 내에서 완전한 기능을 패키징하면서 감쇠 코일의 길이를 최대화할 수 있었습니다.

어큐뮬레이터, 특히 리어 히브 유체 이너터 코일의 경우 Alpine F1 팀은 기어박스 메인 케이스 내부 리어 서스펜션 시스템의 리어 히브 댐퍼의 일부인 하드 라인 댐퍼를 설계했습니다. 길고 단단한 튜브 조각인 어큐뮬레이터는 압력 변동을 평균화하기 위해 에너지를 저장하고 방출합니다. 이와 같이 라인 댐퍼의 성능은 내부 체적, 따라서 구성 요소의 길이와 상관 관계가 있습니다.  

적층 제조를 통해 Alpine F1 팀은 제한된 공간 내에서 완전한 기능을 패키징 하면서 감쇠 코일의 길이를 최대화할 수 있었습니다. Alpine F1 팀의 고급 디지털 제조 관리자인 Pat Warner에 따르면 다른 방법을 사용하여 최종 설계를 생산하는 것은 불가능합니다. 이 볼륨을 달성하는 것은 AM에서만 가능합니다.” 

최종 티타늄 감쇠 코일은  3D Systems의 DMP Flex 350 , 동급 최고의 산소 수준(<25ppm) 및 불활성 프린팅 분위기를 특징으로 하는 고성능 금속 AM 시스템을 사용하여 생산되었습니다. 3D Systems의 DMP 프린터의 고유한 시스템 아키텍처는 높은 화학적 순도를 가진 매우 강력하고 정확한 부품과 생산 부품에 필요한 반복성을 보장합니다.

02 완벽한 성능을 위한 부품 청정도

작동 중 감쇠 코일은 유체로 채워지고 에너지를 흡수 및 방출하여 시스템 내의 압력 변동을 평균화합니다. 제대로 작동하기 위해 유체에는 오염을 방지하기 위한 청정도 사양이 있습니다. 금속 AM을 사용하여 이 구성 요소를 설계하고 생산하면 기능, 더 큰 시스템으로의 통합 및 무게 감소 측면에서 상당한 이점을 얻을 수 있었지만 팀은 내부 채널에서 분말을 완전히 제거하는 데 어려움을 겪었습니다.   

이러한 복잡한 금속 프린팅물에서 철저한 재료 제거를 달성하기 위해 3D Systems의 AIG는 수만 개의 부품에 성공적으로 사용된 독점 세척 프로토콜을 적용하고 입자 없는 티타늄 구성 요소를 보장하는 방대한 공정 지식을 제공했습니다. 금속 AM을 도입할 계획이고 내부 채널에 대해 최고 수준의 부품 청정도를 요구하는 고객을 위해 3D Systems는 이 노하우를 새로운 시설에 이전하기 위한 확립된 프로토콜을 보유하고 있습니다. 

Alpine F1 Team은 가능한 한 자동차 의 성능을 향상시키고 개선하기 위해 매우 짧은 반복 주기로 작업합니다.

03 품질 금속 워크플로

3D Systems의 완전한 금속 AM 솔루션은 최고의 전문성과 금속 프린팅 플랫폼을 넘어 신중하게 개발되고 최적화된 재료와 3DXpert 소프트웨어를 포함합니다. 3DXpert는 금속 프린팅 작업 흐름을 준비, 최적화 및 관리하기 위한 올인원 소프트웨어입니다.  

Alpine F1 Team 은 높은 강도와 얇은 벽 부분을 정확하게 생성할 수 있는 능력을 선택 이유로 꼽아 축압기로 LaserForm Ti Gr23(A) 재료 를 선택했습니다. 모든 LaserForm 재료는  최고 품질의 결과를 위한 워크플로우 내에서 3D Systems 엔지니어의 전문 지식을 포함하는 3DXpert 내에서 특정하고 광범위하게 개발된 프린팅 매개변수를 가지고 있습니다.

04 전문가 상담

Alpine F1 팀은 적층 제조 전문 지식을 위한 3D Systems의 설계를 활용하여 최적의 빌드 방향, 달성 가능한 벽 두께, 인접 벽 섹션 간에 벽을 공유하는 방법 및 후처리 전문성에 대한 지침을 통해 앞으로의 경로를 가속화하고 성공을 촉진했습니다. . 혁신적이고 업계 최초의 솔루션을 지속적으로 공동 개발하는 3D Systems의 애플리케이션 혁신 그룹은 개념에서 대규모 제조로 애플리케이션을 전환하는 데 있어 폭넓고 깊이 있는 경험을 보유하고 있습니다.