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2020年07月19日

ピストンまで3Dプリンターで出力出来るんかよ…ホントなんでも作れちゃえそうだな

ピストンまで3Dプリンターで出力出来るんかよ…ホントなんでも作れちゃえそうだな 史上最強のポルシェ、911 GT2 RS のピストンを3Dプリンターで開発…最大出力730馬力に向上

ポルシェ（Porsche）は7月13日、3Dプリント技術を活用して、『911 GT2 RS』のエンジン用ピストンを開発した、と発表した。

911GT2 RSは、先代の「991型」ポルシェ「911」シリーズの頂点に位置する高性能モデルだ。直噴3.8リットル水平対向6気筒ツインターボエンジンをベースに、可変タービンジオメトリー（VTG）を持つ大型ターボチャージャー、新設計の吸気システムなどを採用した。この結果、ポルシェの市販車としては、史上最強の最大出力700ps/7000rpm、最大トルク76.5kgm/2500～4500rpmを獲得した。

トランスミッションは、専用ギアレシオの7速PDKで、駆動方式はRR（2WD）だ。911 GT2 RSは、0～100km/h加速2.8秒、最高速340km/hというポルシェ史上、最速のパフォーマンスを実現した。

ポルシェは3Dプリント技術を活用して、この911 GT2 RSのエンジン用ピストンを開発した。これは、高い負荷がかかるドライブコンポーネントを、3Dプリンターで開発するという取り組みの成果だ。3Dプリンターでも、荷重に耐える構造を備えたピストンを生産することが可能になったという。

3Dプリンターで開発された911 GT2 RSのピストンは、レーザー溶融法を使用して、高純度の金属粉末から製造された。レーザー溶融法は、高エネルギーのライトビームを用いて金属粉末を溶融させ、スチール層を作り出すものだ。

また、このピストンは、911 GT2 RSの鍛造ピストンよりも10％軽量。ピストンには、従来の方法では成形できなかった冷却ダクトを設けることも可能になった。軽量なピストンのおかげで、エンジン速度を上げ、ピストンの温度負荷を抑えて、燃焼を最適化できるという。これにより、最大出力は700psから730psへ30 ps向上するとともに、効率も高めることができる、としている。


【5年以内に量産か】ポルシェ、3Dプリント技術でピストン開発　911 GT2 RSで検証、パワーアップも

軽量化により約30psアップ

text：Jesse Crosse（ジェシ・クロス）

3Dプリントの技術は、数年前から自動車部品の試作品製作に利用されてきたが、生産部品の製作にも利用されるようになってきた。

ポルシェは、エンジンの中で最もストレスのかかる部品であるピストンの3Dプリントに成功した。テスト機は、991世代の911 GT2 RSである。

このピストンは従来部品よりも10％軽量化されており、エンジンの回転数を300rpm上げることで、約30psのパワーアップに貢献している。

荷重や熱による大きな応力を受ける高性能エンジンのピストンは、通常はアルミ合金から鋳造または鍛造される。

ポルシェは、ドイツの部品メーカーであるマーレや、プリンターメーカーのトルンプと協力して、最先端のレーザー溶融法を開発した。

設計コンピューターから直接取得したデータをもとに、粉末状のアルミ合金を1層ずつ1200層に分けて融合させることで、ピストンが形成される。

トポロジー最適化ソフトウェアを使用して、力が大きくなる部分を特定し、素材の量が正確に使用されるようにする。

合金がレーザーの熱で高温になっている間、たるみや変形を防ぐために、一時的な支持構造がピストンの設計に組み込まれている。

この支持構造は、後に機械加工されるピストンのピンホールのような部分の内側に、ハニカムのように形成されている。除去作業の省略につながる仕組みだ。

溶融した金属を型に流し込む従来の鋳造技術や、プレスで形を整える鍛造技術では不可能な新しい機能をデザインに組み込むこともできる。

ポルシェはこのメリットを活かし、ピストンの外周を走るトンネルのような内部冷却ダクトを導入した。

工数に改善の余地　12時間で5個

このダクト内を流れる冷却オイルは、ピストンとシリンダーをシールするピストンリングの後ろの重要な部分で、ピストンの温度を20℃下げるという。

ダクトには、3Dプリントされた小さなオイルジェットが備わっているが、複雑すぎて従来の技術では作ることが難しい。

このソフトウェアは、自然界に見られる「バイオニック」デザインを利用して強度を高めている。ピストンの断面図は、筋肉や筋の集まりのように見える。

現在の生産体制では12時間で5個のピストンを作ることができるが、より洗練されたプリンターを使えば、3倍の15個に増やすことが可能だという。

試作品は911 GT2 RSのエンジンでテストされており、平均時速250kmで6000km、サーキット走行を135時間のアクセルべた踏みを含めて200時間シミュレートしている。

現段階では高価な工法であり、一貫した品質を確保するためには改善が必要だが、この技術は今後5年以内に量産車のエンジンに利用される可能性があるという。

さまざまな部品に利用を検討中

ポルシェは、冷却の流れと表面積を改善するため、ターボチャージャーのインタークーラーといった他の部品にも目を向けている。

また、オイルクーラーを内蔵した電動アクスルドライブにも取り組んでおり、3Dプリント技術を使えば部品数の削減につながり、組み立てが早く、2倍の剛性と10％の軽量化を実現できる。

ポルシェはまた、フルバケットシートにも3Dプリント技術を応用している。

3Dのポリウレタンベースの素材で作られた通気性のある「コンフォートレイヤー」に、膨張ポリプロピレンでできたシェルを接着するというものだ。

最初に40個の試作品がレースカーに搭載されるが、2021年からは硬さの異なる3つのバージョンが販売される予定となっている。顧客の体形に合わせたフィット感の高いシートも、後に発売される可能性がある。
ブログ一覧 | ポルシェ | 日記
Posted at 2020/07/19 10:31:21

   

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