東京農工大学 TUAT Formula

小型フォーミュラカーを、学生がチームを組んで、企画・設計・製作し、車の走行性能だけでなく、車両コンセプト・設計・コスト審査など、ものづくりの総合力を競う「学生フォーミュラ日本大会」へ、毎年、出場している東京農工大学 TUAT Formula様にお話しを伺いました。小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3DCADデータで設計し、3Dプリンターを利用し最終製品へ組み込む為に、DMM.makeへご相談頂きました。

プロフィール

東京農工大学 TUAT Formula(http://web.tuat.ac.jp/~fsae/

東京農工大学 TUAT Formula は毎年9月上旬に自動車技術会主催で開催される「学生フォーミュラ日本大会」へ出場することを目的としたものづくりサークルです。

フォーミュラカーの設計・製作、部品の選択や調達・走行テストなどをすべて自分たちで行い、最終的に競技会で評価を受け次年度の改良・改善へとつなげています。

現在は現役メンバー26名に加え、在学中の院生やOBの協力、スポンサー各社様のご支援の下で活動しています。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

曽山 泰生(そやま たいき)
東京農工大学 TUAT Formula
機械システム工学科 / 吸排気班

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

島袋 幸太郎(しまぶくろ こうたろう)
東京農工大学 TUAT Formula
機械システム工学科 / 吸排気班

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

OB:今井 雅人(いまい まさと)
東京農工大学 TUAT Formula
機械システム工学専攻

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

OB:寺原 彬弘(てらはら あきひろ)
東京農工大学 TUAT Formula
機械システム工学科 / 吸排気班

DMM.make3Dプリント事業部 村上

村上亜香子(むらかみ あかね)
DMM.make
DMMに入社後、製品企画とサービス企画の両面を担当し、現在はアライアンスパートナーとの仕組みづくりにも注力している。立ち上げたサービスの中には3Dニットマスクや.make qualiaなどがある。

小型フォーミュラカーを、3DCADで設計し走行する

村上:
本日は、お忙しい中、お集り頂き大変ありがとうございます。
頂いたお写真を拝見しておりますが、こちらは、フォーミュラカー (Formula car)ですね?

曽山様:
そうですね。一人乗りの小型フォーミュラカーになります。600cc程のバイクのエンジンを使っています。

製造過程にかかるコストや、デザインがどれだけ工夫されているかという内容など、総合的なモノづくりの勝負になっている「学生フォーミュラ日本大会」に出場しております。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

村上:
こちらは、やはり、ガソリンで走るフォーミュラカーなのでしょうか?

曽山様:
はい、そうです。大学様によっては、EV(Electric Vehicle・電気自動車)もあるのですが、当校はガソリン車、バイクのエンジンで走っています。

創立してから、17代目のマシーンになるのですが、まだまだ、課題が多く、詰め切れていない部分もあります。

あと、単純にガソリンエンジンが好きだ、という理由もあります。(笑)

村上:
そうなんですね。(笑)
それでは、早速インタビューを始めさせて頂きます。

— 最初に、東京農工大学 TUAT Formulaが、どのようなものづくりサークルなのか、お聞かせください。

曽山様:
SAE 公益社団法人自動車技術会の主催で、世界中の大学が対抗する、学生フォーミュラ大会が行われています。

当チームは、毎年9月頃に開催される、学生フォーミュラ日本大会に参加しています。

そして、その参加するマシーンを製作しております。

チームメンバーは、1年生が11名、2年生が15名の計26名で、設計・製作・試走・テストを行っています。

また、企業に就職したOBの意見や評価も貰っています。

— 最終製品であるフォーミュラカーのマシーンは、どのようなものなのでしょうか?

曽山様:
直近の大会に出場した車両になります。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。
小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

村上:
実際に設計するのは、フレームや、カウルの部分なのでしょうか?

曽山様:
そうですね。エンジン自体は、Honda(本田技研工業株式会社)様から、CBR600RRのエンジンを提供して頂いております。

ステアリング系統や、シャシーは、自分達で設計・製作しています。

また、吸排気、チェーンなど、使いまわしが出来ない部分がありますので、こちらも、自分達で設計して作り直しています。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

村上:
翌年の大会では、使えない部分もあるのでしょうか?

曽山様:
製作にコストがかかっているので、使いまわす部品は多いですね。

サスペンションは、引き続き使う形になっております。ラジエーターやホイールも、そうですね。

寺原様:
マシーンの設計に関して、レギュレーションで、「エンジンを使用しているマシーンは、毎年、必ず変えなければならない」というモノが1つだけあります。

それが、フレームなんですね。

EVは、2年に1回として、定められています。

当チームは、エンジンを利用しているので、毎年、必ずフレームだけは作らないといけないとなっています。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

それから、必要に応じて、周りのコンポーネント、例えば、ウィングであるとか、タイヤも消耗品なので、場合によっては毎年変えています。
ダンパー、サスペンションのバネを使っている部分ですが、ここに関しては、毎年、同じモノを使っております。

村上:
一番、設計が大変そうな部分は、毎年、再設計しなければならないのですね。

3Dプリンターを活用する前は、どのような課題があったのでしょうか?

曽山様:
3Dプリンターを利用する以前の課題は、複雑形状の3D部品を製作する事でした。

従来の工法では、複雑な内部構造を持つ部品の製作は困難

流体を考慮する必要がある部品において、効率を考えると、構造は流線型になります。

特に、中空構造の内部に、さらに流路を設ける事は非常に困難でした。

これを回避する為に、分割構造をとると、部品点数を多くなってしまう上に、製作コストも膨らんでしまいます。

また、流体部品の場合、分割数が増えるほど接合箇所も多くなり、接合部のエア漏れなどの問題が発生しますので、一体成型できるほうが望ましかったのです。

このような点から、複雑な中空形状を、治具を用いずに一体成型する3Dプリンターは、本製品(エアインテーク)に製作にとって、最も効率の良い工法だと考えました。

— そのマシーンを作られている中で、3Dプリンターを、どこで、ご活用頂いているのでしょうか?

曽山様:
3Dプリンターを使用している部分は、エンジン回りの吸気部分にあたるエアファンネルや、エンジンの出力を制限するリストリクターですね。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

リストリクターは、エンジンが吸う空気の量を絞る為の部品なのですが、20mmの穴を設けるように、レギュレーションで決まっています。

正確に20mmを出す為に、3Dプリンターで出力しています。

あとは、一番大きな部品で、サージタンクですね。これは空気が流れるモノで流線型になり、自作で製作するには、非常に効率が悪く難しいです。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

パソコン上で、流体の解析をした上で、3Dプリンターで出力しています。

— 実際に出力して使ってみた結果は、如何だったでしょうか?

寺原様:
昨年のマシーンで、出力したサージタンクなのですが、CAD上での、かかる力の解析に、甘い部分がありました。

空気をエンジンが吸い込む時に発生する負圧と、大気圧に押されて、変形してしまう事が発生しました。

今年は、対策として、外側に、リブを設けて強度を持たせるという設計のフィードバックをしております。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

村上:
確かに、外側で強化出来るのでれば、良いですね。

寺原様:
そうですね。内側にリブを設けた時もありました。それは、流体の流れる部分に、リブを設けてしまうので、吸入の効率が変わってしまう事もありました。

村上:
毎年、何かしらの課題が出てきて、後輩が、そのPDCAを回している感じなのですね(笑)

寺原様:
そうですね。(笑)

— 今のような課題を解決するにあたって、チーム内では、どのような検討をされたのでしょうか?

曽山様:
OBや、在籍メンバーからコメントを頂いておりますので、そちらの紹介をさせて頂きます。

武藤様:
吸気系の開発は最小限にし、前年度の部品をベースに細かい形状変更にとどめるか、全てを白紙から作り直すかの2択を検討していました。結果、3Dプリンターで形状、部品構成、作り方を全て変える事にしました。

浅岡様:
従来の製作方法では複雑な内部構造を持つ部品の製作は困難であり、簡素化したものであってもエア漏れが頻発し、それを解決するために多くの時間を費やしていました。このため、全く新しい製作手法として、3Dプリンターを用いた製作に注目しました。

武藤が、DMM.makeの3Dプリンター 出力サービスとの契約を結んだのですが、それまでは、自分達で、FRPなどでガラス繊維を積層して作るか、アルミを溶接して作るかという工法がメインでした。

羽田様:
サージタンクは、流体解析に基づいて形状を決定していますが、FRPで製作する場合は、製作できる精度に限界があり、解析どおりの形状のサージタンクを作れません。また、アルミ溶接は製作性を考えると自由度は低く、流体を扱う設計では、扱いづらいのです。

小型フォーミュラカーの複雑な内部構造を持つ部品に3Dプリンターを利用し最終製品へ。

武藤様:
サージタンクは、流体解析に基づいて形状を決定していますが、FRPで製作する場合は、製作できる精度に限界があり、解析どおりの形状のサージタンクを作れません。また、アルミ溶接は製作性を考えると自由度は低く、流体を扱う設計では、扱いづらいのです。