Urwahn社、スタートアッププログラムで3Dプリント構造を改善

企業情報

Urwahn Engineering GmbH（以下、Urwahn社）は、技術、品質、デザインに情熱を注ぐ自転車分野のスタートアップです。先見の明のあるチームによって設立された同社は、ドイツのマクデブルクに本社を置き、20人の技術的なパイオニアが、合理的なデザインと技術的な正確さで人々を感動させる、ユーザー志向の自転車やe-bikeの設計、開発、製造、組み立てを行っています。リーン生産方式を採用し、「デザイン」「機能性」「加工」「持続可能性」の4つの柱からなる企業理念を掲げています。Urwahn社は、3Dプリンティングなどの先端技術を用いて、オーガニックなデザインと高いブランド認知度、そして高い機能性を兼ね備えた、著作権認証取得済みのスチールフレームを製造しています。現在、同社はドイツに2つの生産ラインを持ち、そのうちの1つでは、フレームの3Dプリント、チューブなどの各種追加パーツ、フレームの構築、研磨技術、コーティングレベルから最終組み立てまでを行っています。

課題

自転車は、世界的に認められているテストやDIN ISO 4210の安全基準に従った荷重ケースシナリオに合格するために多くの要件を満たさなければならない一方で、原材料の使用量を削減し、使用感を向上するために、可能な限り軽量であることが求められます。使用感の向上と軽量化において、シミュレーションはUrwahn社で常に重要な役割を果たしており、最先端のツールを使用して機能性と性能を最大限に高めることに努めています。2020年、Urwahn Bikeのフレームの肉厚を減らすためのトポロジー最適化と再設計に関する学士論文を監修した際、Urwahn社のエンジニアは、スチールフレームのビルド構造を最適化できるツールを必要としていました。主な目的は、製品の安全性を保証しつつ、3Dプリントされたチューブラーやコネクティングエレメントなどの分野を限界まで高めて、フレームの重量を減らすことでした。

Urwahn社の既存のシミュレーション環境では実現できなかったため、改善可能な構造を特定し、DIN ISOで規定されている既存の荷重ケースに照らし合わせてコンポーネントを検討し、必要なシミュレーションを行い、最適な軽量化ソリューションをタイムリーに見つけることができるプラットフォームを見つける必要がありました。

ソリューション

Urwahn社は、Altairスタートアッププログラムにより、製品開発プロセス全体を通して革新的な設計およびエンジニアリングを実現する、パワフルで使いやすいトポロジー最適化プラットフォームAltair® Inspire™を使えるようになりました。Inspireは直感的に使えるので、専門的なトレーニングを経ず、すぐに使い始めることができました。DIN ISO 4210の安全要件を満たすために、スチールフレーム構造に対して5つの荷重ケースをシミュレートしました（垂直、水平、および交互に力を加える3つの動的テスト、およびフレームとフォークの2つの静的テスト）。これらのプロセスにおいて、Urwahn社のエンジニアは，3Dプリントされた単一の部品の挙動を調べ、重量を最小限に抑えることを目指して、材料の分布がシステム全体の挙動に与える影響を検討しました。Inspireに統合されたトポロジー最適化ソルバーを使用することで、剛性およびその他の境界条件を目標通りに維持しながら、材料使用量の限界をさらに押し上げ、重量およびコストを削減することができました。