F1マシンにおけるアディティブ・マニュファクチャリングの活用事例
F1チームがモータースポーツに3Dプリンティングを導入する多様な活用法
スピード、軽量化、そして開発サイクルの短縮が極めて重要なモータースポーツの世界において、3DプリンティングとF1の融合は極めて自然な展開です。
現在、F1マシンにおける3Dプリンティングの活用は年々拡大しており、多くのチームがこの技術を利用して、かつてないスピードで開発プロセスを推進しています。
本記事では、3Dプリンティングの活用事例や、チームおよびメーカーがどのようにこの技術をモータースポーツに組み込んでいるかを探ります。
多数の事例の中から、今回はこれまでにF1で実施された代表的な6つのプロジェクトをご紹介します。
マクラーレン：3Dプリント製リアウイング積層治具
Stratasys Fortus 900mc 3DプリンターとULTEM 1010材料を使用して製造された、McLaren MCL32リアウイングフラップ用の複合材料積層治具（レイアップツール）。
2017年、マクラーレンは3Dプリンターを追加導入し、3Dプリンティング大手Stratasysとの製造パートナーシップを拡大することを発表しました。
同チームはそれまでにも同社の熱溶解積層（FDM）方式3Dプリンターを使用してパーツの造形、マシン開発の加速、熱感作パーツの製造を行っていましたが、生産能力のさらなる強化を目指しました。
マクラーレンが公開した数々の3Dプリント改良パーツの中でも、注目を集めたのがリアウイングフラップです。
レースで使用されるフラップ自体は3Dプリント製ではないものの、炭素繊維強化複合材料を成型するための積層治具（レイアップツール）が3Dプリンターで製作されました。
この治具はFortus 900mc Production 3Dプリンターを用い、ULTEM 1010材料を使用してわずか3日でプリントされました。
この技術により、マクラーレンはサーキットごとのダウンフォース要求に迅速に対応し、マシンのパフォーマンスを最適化することに成功しました。
マクラーレンは2023年シーズンもStratasysの3Dプリンターを活用し続けており、同チームがF1グランプリ期間中にトップクラスの速さを発揮できた要因の一つと言えます。
フェラーリ：3Dプリント製エンジンピストン
F1において実際に機能するエンジンピストンが3Dプリンターで製造されていると聞くと、驚くF1ファンもいるかもしれません。
フェラーリは金属3Dプリンティング技術の探求と、同技術を活用したエンジンピストンの製造について公表しています。
同社は、この技術が車体の軽量化だけでなく、エンジンの信頼性向上にも寄与すると確信しています。
具体的には、フェラーリは3Dプリントピストンに使用できる多様なスチール合金パウダーの研究を進めてきました。
同社は従来使用されていたアルミ合金パウダーから、極限の高温環境下でも変形に強く破損しにくいスチール合金への移行を目指しました。
スチール合金は重量が増加する傾向にありますが、ハニカム構造をはじめとする軽量化ラティス構造を採用することで、強度を維持しながら軽量化を達成しています。
3Dプリントによるエンジン設計を探求しているのはフェラーリだけではありませんが、同社はこの取り組みにおいて最も積極的に情報発信を行っている企業の一つです。
3TAM：3Dプリント製ロールフープ（防護構造）
近年、3DプリンティングとF1の関係はますます深化しています。
2012年、3TAM（旧3TRPD）は独自の3Dプリント製ロールフープコンセプトを制作し、金属3Dプリンティングの優位性をF1業界に示しました。
このロールフープはTi6Al4V（チタン合金）を採用し、Within Technologiesのカスタムラティス設計により2kgの軽量化を実現しました。
設計にはWithin Enhanceソフトウェアが使用され、薄肉構造と内部ラティス構造を組み合わせることで、車両横転時にドライバーの頭部を保護するために必要な構造強度を確保しました。
F1チームからはこのロールケージ構造に対して高い評価が寄せられ、その後、一部のF1マシンにも導入されています。
EOS：軽量ブレーキペダル
1グラムの軽量化が勝敗を分けるF1の世界において、チームはブレーキペダルに至るまで徹底的な軽量化を図っています。
金属レーザー粉末床溶融（LPBF）3DプリンターのリーディングメーカーであるEOSは、ペダルの軽量化と強度アップを同時に実現する技術を実証しました。
同社はエンジニアに対し、トポロジー最適化ソフトウェアとLPBFプリント技術を活用してブレーキペダルの大幅な軽量化を図る課題を課しました。
完成したペダルの重量はわずか178gで、クモの巣状（ウェブ状）の構造設計により優れた構造安定性を確保しています。
EOSによると、さらに80gの削り込みが可能であり、最軽量で98gの実用的なパーツの製造が可能とのことです。
2021年時点においてこれらのペダルはデモンストレーション用であり、レースでの実戦投入は指定されていませんが、F1チームはFIAの安全基準適合に向けてテストを実施することが可能です。
アルファロメオ：風洞実験用3Dプリント製ブレーキダクト
ザウバー・アルファロメオは、ブレーキダクトの設計・検証においてポリマーレーザー焼結（SLS）技術を採用しました。同技術を活用することで、従来の製造プロセスよりも迅速に複数のブレーキダクトアイデアのイテレーション（試作・改善）が可能となりました。
チームは、3Dプリンティングがもたらす柔軟性とスピードを高く評価すると同時に、マシンのパフォーマンスを極限まで高める設計の発見に役立てています。
開発チームは、軽量性と高剛性を兼ね備えた独自のHiPACパウダー（カーボン強化ポリアミド）を使用して造形を行いました。
3Dプリンティングによるコスト削減効果に加え、複数の開発アプローチを並行して検証することで節約できた開発時間に、製造チームは驚きを示しました。
ザウバーは今後も本技術の活用を継続し、マシン開発を迅速化させ、競争の激しいF1開発レースにおいて高いアジリティを維持する計画です。
ウィリアムズ：風洞実験用3Dプリント製フロントウイング
名門F1チームであるウィリアムズ・レーシング（Williams Racing）は、フロントウイングなどのコンポーネント開発における風洞実験で3Dプリンティング技術を活用し続けています。
これまでドイツのEOS社と連携していたウィリアムズは、アディティブ・マニュファクチャリング能力のさらなる拡張を目指し、2021年にNexa3D社との新たなパートナーシップを発表しました。
同チームはNXE 400 光造形（SLA/DLP）3DプリンターとNexaXソフトウェアを導入し、マシン用パーツの造形効率と性能の最適化を図っています。
Nexa3Dの技術を導入したことで、チームはエアロダイナミクス概念の検証サイクルを加速させ、中位陣とのタイム差を縮める取り組みを進めています。