도전 과제
Stewart-Haas Racing의 공기역학 엔지니어링 팀과 다른 NASCAR Ford 경주팀은 신형 2024 NASCAR Ford무스탕 다크 호스의 성능에 가장 적합한 공기역학 형태를 결정하기 위해 수백 가지 차체 패널 형태를 테스트할 방법이 필요했습니다. 이 NASCAR 제출 프로젝트에는 수 개월이라는 프레임 에 걸쳐 수많은 실제 규모 풍동 테스트가 수반되었습니다. 전체 규모의 풍동 테스트는 비용이 많이 소요되는데, 각 테스트 세션에서 서로 다른 수십 개의 차체 패널 형상을 테스트할 수 있는 가장 효율적인 방법은 무엇일까요?
솔루션
Ford 경주 팀은 새로운 경주용 자동차 차체 형상을 NASCAR에 제출할 때 NASCAR에서 결정되는 특정 공기역학 계수 사양을 충족해야 했습니다. 프로젝트가 끝날 무렵 이 테스트는 제출할 차체에 대한 전체 규모의 풍동 테스트를 통해 이상적으로 달성됩니다. 최종 제출물 테스트를 통과하기 위해 다음과 같은 개발 프로세스가 필요했습니다.
- 차체 패널 형상은 CFD 소프트웨어를 사용해 테스트합니다.CFD(전산 유체 역학) 분석가는 CAD 소프트웨어에서 여러 차체 패널 형상 개념을 설계합니다. 이러한 개념은 경주용 자동차의 공기역학 성능을 잠재적으로 개선할 수 있는 다양한 형상을 나타냅니다. 그런 다음 가상 풍동을 나타내는 CFD 소프트웨어를 사용하여 이러한 표면 모델을 처리하여 이러한 표면 모델의 공기역학 계수를 테스트합니다. 결과를 분석하고 양호한 성능 잠재력을 보여주는 개념을 실제 규모 풍동에서 테스트할 개념으로 식별했습니다.
- 3D 프린팅을 위해 CFD 서피스를 솔리드 CAD 모델로 변환합니다.design 엔지니어는 CFD 서피스 모델을 3D 프린팅이 가능한 솔리드 CAD 모델로 변환합니다. 솔리드 서피스 모델은 프린트 및 조립 시 원래 CFD 서피스 모델의 형상을 나타내는 적당한 크기의 타일로 분할됩니다. 이 타일은 풍동 테스트를 위해 실물 크기 자동차 섀시 서브 프레임 에 부착하도록 설계되었습니다.
- 3D Systems의 SLA 프린터를 사용하여 부품을 프린트합니다.이 솔리드 CAD 모델은 Stewart-Haas Racing의 내부, 미시건 주 디어본에 있는 Ford의 적층 제조 센터 또는 외부 프린팅 서비스로 3D 프린트되도록 전송됩니다. 이후 3D 프린팅 기술자는 3D Systems 3D Sprint® 소프트웨어로 CAD 모델의 방향을 지정하여 프린팅되는 방식에 따라 배치합니다. 제작 플랫폼당 프린팅 시간을 최소화하고, 프린팅 품질을 극대화하고, 부품 수량을 최대화하도록 파일의 방향을 지정할 수 있습니다. 3D Systems 3D Sprint 소프트웨어는 사용이 직관적이며 기술자가 프린트할 CAD 모델을 신속하게 설정할 수 있도록 합니다.
그 다음 결과 파일을 ProX 800 SLA 장비로 전송하여 원하는 소재 로 파트를 빠르고 정확하게 프린트할 수 있습니다. 3D Systems는 다양한 소재를 제공하며 그 중 일부는 풍동 테스트용 부품 프린트용으로 특별히 개발되었습니다. 따라서 풍동 테스트에서 매우 중요한 매끄러운 표면 마감 처리 를 보장하는 부품을 제작해야 합니다. 이와 같은 제출 프로젝트의 경우 일반적으로 대형 파트 수백 개를 프린트합니다. 이렇게 많은 파트를 프린트할 때 3D Systems의 SLA 장비의 신뢰성이 핵심입니다. 이러한 부품들은 종종 풍동 테스트를 위해 적시에 프린트되므로 SLA 장비는 신뢰할 수 있어야 합니다. 3D Systems SLA 장비는 강력한 성능을 발휘하여 24/7 필요한 유지보수를 최소화하여 파트를 프린트합니다.
- 3D 프린트 부품을 조립하여 터널 테스트 차량에 옮깁니다.그런 다음 3D 프린트된 부품을 실물 자동차의 하부 구조에 고정시킬 수 있습니다. 이러한 방식으로 3D-프린팅 타일로 전체 차체 형상을 정의할 수 있습니다. 그 다음 결과로 나온 차체 형상을 3D 스캔으로 3D 프린트된 형상이 원래 CFD 서피스 파일 형상과 동일한지 확인할 수 있습니다.
- 차량은 풍동 테스트를 거쳤습니다.풍동에서 차량을 테스트하는 동안 개발 중인 다양한 개념을 테스트하기 위해 3개의 D 프린트 타일을 차량에 추가하거나 제거할 수 있었습니다. 각 "실행"은 테스트 중인 개념을 나타내며 결과로 나온 공기역학 계수가 기록되고 분석됩니다. 일부 개념은 차체의 공기역학 성능을 개선하지만 그렇지 않은 개념도 있습니다. 이러한 방식으로 공기 역학 엔지니어는 향후 경주용 트랙에서 최상의 성능을 발휘하도록 차체 모양을 최적화할 수 있습니다.
차량이 공기역학 계수 사양을 만족할 때까지 1 ~ 5 단계를 반복합니다.이후 몇 개월 동안 여러 부품을 프린트하고 여러 번의 풍동 테스트를 거친 후 NASCAR과 함께 최종적으로 풍동 테스트를 제출할 수 있는 준비가 완료되었습니다. 이 제출 테스트에서 차체 패널 형상이 공기역학 계수 사양을 통과하면 그 차체 형상이 2024 NASCAR Ford무스탕 다크 호스용 최종 경주용 자동차 차체 형상으로 NASCAR에 제출됩니다.
- 생산용 차체 패널을 생산합니다.design 엔지니어들은 최종 제출된 차체 형상을 나타내는 솔리드 CAD 모델을 생산을 위한 최종 차체 패널 크기인 CAD 표면으로 변환합니다. 이 생산 파일은 여러 탄소 섬유 공급업체로 보내 탄소 섬유 차체 패널을 생산하며 2024 년 레이싱 시즌의 레이싱에 사용될 것입니다.
결과:
3D Systems의 3D Sprint 소프트웨어와 3D 프린팅 SLA 장비는 이와 같은 제출 프로젝트를 완료하여 성공적인 결과를 이끌어낼 수 있는 도구입니다. 이러한 도구와 개발 프로세스를 사용하면 2024 생산 차량과 비슷해 보이지만 Ford 팀의 경주용 자동차가 NASCAR 컵에서 우승할 수 있는 공기역학적 성능을 갖춘 Ford무스탕 다크호스 경주용 자동차 차체가 제작됩니다. 시리즈 우승!
