エリコン：従来の製造業の束縛を打ち破り、積層造形が新たな姿を見せる

出典: 自動車・アクセサリー

自動車産業は長い年月を恐れず、発展の過程で苦難と鍛錬を乗り越えてきました。さまざまな新技術と新プロセスの出現は、製造業に画期的な意義を与え、自動車産業の将来の発展に新たな方向を示しました。

これまで、自動車業界では自動車部品の鋳造に伝統的な製造プロセスが一般的に採用されており、原材料の切断や組み立てなどの加工モードは「減法材料」の原則に従うことに過ぎませんでした。しかし、製造業界はエネルギーと原材料の減少、設計課題の倍増など、大きな圧力に直面しており、持続可能で新しい製造プロセスを模索する必要があります。今日、積層造形（一般に「3D プリンティング」と呼ばれる）は、自動車業界にまったく新しい生産方法をもたらしました。材料の加工と成形、デジタルソフトウェア設計に基づいて、いくつかの特殊な金属または非金属材料を層ごとに積み重ねて、信頼性の高い品質の部品を作成します。

先見性のあるエリコングループは数年前に重要な戦略計画を策定し、積層造形分野に正式に参入しました。 Oerlikon Additive Manufacturing (Oerlikon AM) は、Oerlikon グループの事業部門の 1 つであり、航空宇宙、医療、自動車、エネルギー生成、金型などの業界で革新的な変化をリードしています。現在までに、エリコン・アディティブ・マニュファクチャリング事業部は、国内外の多くのパートナーや顧客のアディティブ・マニュファクチャリング試験に合格した高品質の金属粉末、専門的なアディティブ設計、従来のアディティブ・マニュファクチャリング・サービス、ハイエンド部品の製造と後処理などの専門的なソリューションを提供できます。プロトタイプ設計から量産、製品と品質の検査まで、あらゆる側面をカバーし、顧客に強力な生産保証を提供します。

2019年6月、エリコン・アディティブ・マニュファクチャリング・テクノロジー・センターは上海で開所式を開催し、正式に中国におけるアディティブ・マニュファクチャリングの分野に参入し、国内市場向けにアディティブ・マニュファクチャリングのフルレンジのソリューションを提供しました。この機会に、私たちの記者は、エリコン・アディティブ・マニュファクチャリング事業部のグローバルヘッドであるスヴェン・ヒッケン博士と連絡を取り、エリコン・アディティブ・マニュファクチャリング事業部の現在の技術的焦点について深く理解するとともに、自動車市場で数十年にわたって活躍してきたこの賢明な人物と、アディティブ・マニュファクチャリングの将来の発展の見通しについて話し合いました。

エリコン・アディティブ・マニュファクチャリングのグローバル責任者、スヴェン・ヒッケン博士
1. 困難な製造を可能にする

スヴェン・ヒッケン博士は次のように語っています。「長年を経て、積層造形は試作プロセスから持続可能な大量生産製造プロセスへと変化しました。航空宇宙産業でも、自動車産業や医療産業でも、積層造形はほとんどあらゆる場所で見ることができます。」積層造形は「ボトムアップ」で材料を層ごとに積み重ねる特殊なプロセスであり、独特で特定の用途範囲を持っています。従来の製造プロセスの制約から解放され、これまで実現が困難だった多くの自動車部品の製造を「可能に」します。

スヴェン・ヒッケン博士は、積層造形のプロセス特性について次のように率直に語った。「積層造形は設計の自由度が高い。これまでは複雑すぎる、または実現が困難だと考えられていた構造も、積層造形によって設計・製造できるようになった。積層造形は、工業デザインの性能を最大限最適化し、より軽量な部品を使用してより多くの製品機能を得るのに役立つ。さらに、顧客にとっては、イノベーションサイクルをできるだけ短くしたいという希望がある。積層造形は、型開きや校正に高額な費用をかけずに新しい部品を設計・製造できるほか、部品のテストや検証もできる。同時に、従来の製造プロセスと比較して、積層造形はサプライチェーンを大幅に合理化し、サプライチェーンを短縮し、顧客の生産プロセスの簡素化と生産販売の増加を支援することで、輸送費や倉庫保管費を削減できる。これらは、積層造形が市場で認知されるための重要な交渉材料となる。」

付加製造は、プロセスの柔軟性が高いため、自動車部品の複雑な製造を「不可能」から「可能」に変えることが可能です。積層造形はカスタマイズが容易なため、カスタマイズされた生産を低コストで実現でき、高度にパーソナライズされたバイオニック設計をオンデマンドで作成できます。スヴェン・ヒッケン博士は次のように述べています。「付加製造は自動車部品開発のあらゆる段階でオンデマンドのソリューションを提供できるため、製品の発売が加速し、顧客にとってより競争力のあるビジネスモデルが生まれます。」

かつては技術的な制限により、付加製造は試作にしか適用できませんでしたが、現在ではその適用範囲は徐々に広がり、その技術的なハイライトも市場に発見され、革新と改善を通じて将来的には主流の製造プロセスになると期待されています。

エリコン・アディティブ・マニュファクチャリング・テクノロジー・センターが上海にオープン
2 付加製造ソリューションが従来の束縛を打ち破る<br /> スヴェン・ヒッケン博士の意見では、自動車業界では、部品やコンポーネントの複雑さが増し、高品質、耐久性、軽量、低コストに対する顧客の要求が高まっているため、従来の製造プロセスでは徐々に技術革新のペースに追いつけなくなっています。さまざまな理由から、積層造形の応用が増加し、その開発の余地も広がりました。 Oerlikon は技術的な課題に正面から取り組み、この機会を捉えて付加製造に多大な労力を注ぎ、生産プロセス全体にわたる体系的な Oerlikon Additive Manufacturing ソリューションを立ち上げました。

まず、積層造形用原材料の観点から、エリコングループは産業分野向けの材料の研究、開発、準備において数十年にわたる経験を有しており、さまざまな材料の固有の特性を熟知しており、金属、プラスチック、セラミックなどの製品の迅速な試作に重点を置いています。「例えば、グループの経験に裏打ちされたエリコン・アディティブ・マニュファクチャリングは、安定した高い化学薬品コスト、粒度分布の厳格な制御、効率的な生産パフォーマンスを保証する高品質の金属粉末材料を開発できます。もちろん、アディティブ・マニュファクチャリング用の原材料を供給するだけでなく、顧客のニーズに応じて原材料の金属組成を微調整し、カスタマイズされた効率的な設計、開発、検証サービスを提供することもできます」とスヴェン・ヒッケン博士は述べています。

第二に、積層造形の特徴から見ると、設計革新は積層造形の本質の1つです。独立した研究開発能力を持つエリコンの積層造形事業部は、顧客が設計上のボトルネックを打破し、研究開発チームを編成してアプリケーションエンジニアリングと設計におけるエネルギー効率を最大化できるよう支援します。たとえば、積層造形は自動車部品の製品性能を向上させ、中空化などの軽量設計を通じて部品の構造を最適化し、自動車メーカーが新しい規制で要求される「省エネと排出ガス削減」を達成し、車両の燃費をさらに向上させるのに役立ちます。部品に精密な要求があるレースなどのアプリケーションでは、積層造形はカスタマイズ設計、部品の軽量化などの方法を通じて製品性能を向上させることができます。

積層造形は自動車部品の性能向上に役立ちます。2019年5月、エリコン・アディティブ・マニュファクチャリングは、自動車のアクセルペダルとブレーキペダルの構造設計を改善するために、英国バーミンガム大学のフォーミュラ学生チームとスポンサー契約を締結しました。チームとコミュニケーションをとった結果、トポロジー最適化に積層造形技術を使用することが決定されました。アクセルペダルの位相的に最適化されたバイオニック設計は、従来の方法ではおそらく製造されないでしょう。これは、積層造形が高度で革新的な製造プロセスであることを示しています。また、材質も従来のアルミ合金7075材から高強度アルミ合金スカルマロイ（化学組成はAlMgSc）に変更しました。最終的に、Oerlikon Additive Manufacturing によって再設計および製造されたフットボード、ブレーキ、アクセルペダルの統合構造は、組み立て時間の短縮、納期の短縮、コストの削減だけでなく、部品の重量を 0.145kg 軽減し、車の速度向上にも役立ちます。

さらに、付加製造プロセス全体の観点から、エリコン付加製造事業部は、多機能付加製造装置、独自の設計能力、従来の製造技術と統合された複合ソリューション、成熟した後処理プロセス、グローバルな物流ネットワーク、人工知能に基づくビッグデータ分析機能を通じて、付加製造の産業化の最前線に立っています。

スヴェン・ヒッケン博士は次のように述べた。「現在、エリコン・アディティブ・マニュファクチャリングは、欧州、米国、中国に5つのサービスセンター、6つの製造拠点、300人以上の従業員を擁し、世界中に50台以上のアディティブ・マニュファクチャリング印刷装置を保有しています。これらの印刷装置は、自動車業界にエンジン、ブレーキシステム、自動車内装などの製品とカスタマイズされたサービスを提供することができ、一部の自動車構造部品も製造することができます。当社の自動車分野における事業は大きな割合を占めており、アディティブ・マニュファクチャリング事業全体の約3分の1を占めています。材料、アディティブ・マニュファクチャリング装置、アプリケーションエンジニアリングから、アディティブ・マニュファクチャリングの製造、後処理、テストと組み立て、検査と品質管理まで、エリコン・アディティブ・マニュファクチャリングは、完全なアディティブ・マニュファクチャリング生産プロセスをつなぎ合わせるために全力を尽くしています。」

3 積層造形プロセスイノベーションの事例と成果<br /> 常に変化し続ける業界において、革新的な技術の源泉となるのは、決して難しい理論ではなく、繰り返しの実践と改善、さらには自己革新の実践と完成です。 Oerlikon Additive Manufacturing はまさにそれを実現しました。

今後の課題としては、まず「電動化」が大きな流れです。数え切れないほどの企業が「電気自動車時代」の到来に向けて、技術的な準備や戦略的な調整を行っています。エリコンの積層造形事業部もこれを積極的に検討しており、積層造形による電気自動車の開発をサポートしていきたいと考えています。スヴェン・ヒッケン博士は、次のような例を挙げました。「電気自動車のバッテリーは大きくてかさばる部品です。積層造形は、従来の「減算」概念とは異なります。ドリル加工の問題や、工具が狭いスペースに入らないという問題を解消できます。層ごとの印刷で多くのバイオニック設計を追加し、バッテリーのサイズを大幅に縮小します。さらに、電気自動車の他の部品の最適化設計のためのより包括的なソリューションも提供しています。」

第二に、中国の自動車市場の発展は止められないものです。エリコン・アディティブ・マニュファクチャリング事業部は、中国国内市場での事業展開にますます力を入れており、この市場にイノベーションを注入したいと考えています。 2019年6月に正式に設立されたエリコン・アディティブ・マニュファクチャリング上海テクノロジーセンターは現在、2台の印刷装置と完全なテストおよび分析設備を備えており、製品の品質管理を確実にし、より便利で迅速な総合的な印刷ソリューションを現地市場に提供しています。さらに、スヴェン・ヒッケン博士は次のように指摘しました。「当社はヨーロッパに強力な研究開発チームを擁しており、現地の大学や研究機関と協力し、技術研究を行っています。エリコン・アディティブ・マニュファクチャリング事業部は現在、中国の主要大学や研究機関と協力し、現地のイノベーションと研究開発能力を向上させる方法についても検討しています。」

積層造形のプロセスは完璧でなければならず、製品の品質管理が最も重要です。インタビューの最後に、スヴェン・ヒッケン博士は積層造形の今後の発展に大きな期待を寄せました。エリコングループに入社する前、彼はドイツのミュンヘンにあるBMWで20年以上勤務していました。この経験から、彼はBMWの成熟した生産・製造経験と完璧な品質管理方法をエリコンの積層造形事業部に持ち込み、この先進的な積層造形プロセスに非常に高い要件を提示しました。「積層造形自体の応用から見ると、このプロセスの急速な発展と成熟した応用により、高い柔軟性、高効率、低コストなどの利点がますます顕著になっていますが、大量生産のニーズを満たすには、適用範囲をさらに拡大する必要があります。もちろん、より重要なのは、積層造形のプロセスを改善する必要があり、製品の品質管理が最優先事項であることです。」

高度な積層造形技術を通じて高品質の製品と完璧なプロセスフローを実現することが、Oerlikon Additive Manufacturing 事業部の揺るぎない追求です。

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