ドイツ鉄道の円滑な運行を支援する3Dプリントがシリコーン材料の新たな用途を開拓

ドイツの鉄道の日常的なメンテナンスは技術者にとって頭痛の種です。 100年以上の鉄道の歴史により、ドイツの鉄道網では100種類以上の列車が運行されており、多種多様なスペアパーツが保守部門の大きな負担となっている。しかし、さまざまな理由により、一部のスペアパーツが製造中止となり、スペアパーツのサプライチェーンに深刻な混乱が生じています。スペアパーツの供給問題を解決するために、ドイツ鉄道は 3D プリント技術を考案しました。
ACEO® 3Dプリントプロセスを使用して製造されたシリコンゴム製ダイヤフラム
3D プリント技術は、従来の射出成形に比べて多くの優れた利点があります。ツールや金型を使用せずにデジタルモデルを物理的なオブジェクトに直接変換できるため、プロセスサイクルが大幅に短縮され、生産コストを削減できます。特に、モデリングや小ロット生産に適しています。

2015 年、ドイツ鉄道は全社的な 3D プリントプロジェクトを立ち上げました。その 1 つは、列車のブレーキ制御バルブに取り付けられたダイヤフラムのプロジェクトでした。ダイヤフラムの厚さはわずか 4 mm で、非常に高い材料強度と柔軟性が求められました。ドイツ鉄道は、市場調査を繰り返した結果、ダイヤフラム製品の要件に非常に適したシリコン素材と 3D 印刷技術を備えた Wacker のブランド ACEO® を選択しました。

要求の厳しいドイツ鉄道が ACEO® シリコーン材料を選択した理由は何ですか?シリコンは 3D プリントとどのように関係していますか?

シリコーンの科学的な名称はポリジメチルシロキサンであり、主鎖がシリコン原子と酸素原子が交互に並んで構成されるポリマーのクラスの総称です。 Wacker Chemicals のシニアテクニカルマネージャーである Liu Lijun 氏は、次のように述べています。「シリコン材料は、自然界のシリコン鉱石 (砂利) から得られます。原油から得られるほとんどの合成ゴムと比較して、シリコンのシリコン酸素鎖構造は炭素炭素鎖よりも結合エネルギーが高く、高温や紫外線などの環境劣化に耐えることができます。自由に回転する側鎖構造により、この材料は摂氏 -50 度の低温環境でも柔らかさを維持できます。さらに、配合に可塑剤が添加されていないため、シリコン材料は食品安全性と生体適合性に優れており、食品接触や医療機器に幅広く使用できます。これも、多くの合成ゴムに匹敵するものではありません。」

シリコンの優れた性能は、ドイツ鉄道 AG から認められるための重要な前提条件です。もちろん、これは Wacker Chemie のシリコン 3D プリントにおける初期のレイアウトにも密接に関係しています。

世界初の3Dプリントエラストマーサービスオンラインストアを開設
3Dプリント技術とシリコーン材料の組み合わせにより、従来の射出成形では満たすことのできなかった多くのニーズを満たすことが可能になりました。例えば、輸送や機械設備などの産業分野や医療分野では、迅速な試作、製品の小ロット生産、スペアパーツのオンデマンド生産が非常に重要です。

このような市場の需要に基づき、ワッカーケミーは、2016年にドイツで開催された国際ゴム・プラスチック展示会で世界初の工業用シリコーン3Dプリンターを発表し、同時に、エラストマーに関わるすべての3DプリントサービスにACEO®ブランドを確立するという新しいビジネスモデルを切り開きました。その結果、ワッカーケミーは、3Dプリントによるエラストマーの工業生産を行う世界初の企業となりました。

WACKER は、3D プリント技術の開発を促進するために、ブルクハウゼン生産拠点の近くに 700 平方メートルの積層製造技術センターを建設しました。「厳格さで知られるワッカーの従来のビジネスとは異なり、ACEO® チームの雰囲気は非常にオープンです」と Liu Lijun 氏は述べています。

ACEO® の販売モデルも、Wacker の従来のビジネスとは大きく異なります。 Liu Lijun氏は、「ACEO®の3Dプリンティングでは、材料、機器、ソフトウェアを個別に販売していません。カスタマイズされたソリューションを提供しています」と指摘しました。

ACEO® 3D プリントサービスの販売モデルは、主にオンラインストアを通じて行われます。ユーザーはドイツのカスタマーサービススタッフに連絡し、設計図をカスタマーサービス側にアップロードすると、専任の開発エンジニアがユーザーの開発ニーズを確認し、計画の実現可能性を評価します。審査に合格すると、開発エンジニアが設計図に従って製品を出力し、最終的に製品と設計図をユーザーに引き渡します。設計図の所有権はユーザー自身に帰属します。

WACKER は、オンラインストアをベースとしたデジタルビジネスモデルに加え、業界で初めて、顧客がその場でパーソナルトレーニングを受けられる「オープンプリンティングラボ」も立ち上げました。

自動化革命を推進する<br /> ブルクハウゼンにある WACKER の ACEO® キャンパスでは、コピー機ほどの大きさの箱の音を除けば、すべてが静かです。このバズボックスは、WACKER のエンジニアが開発した世界初の工業用シリコン 3D プリンターです。

誕生以来、多くの巧妙なアイデアを実体あるものに変えることに成功しており、その 1 つがドイツのブラウンシュヴァイクにある Formhand 社が開発したロボットグリッパーです。弾性グリッパーはシリコン製で、WACKER の ACEO® 3D テクノロジーを採用しています。

この目立たない部品は親指ほどの大きさで、上部が閉じ、下部が開いており、内部が空洞になっている円筒形の容器のような形をしています。しかし、その見た目は地味ですが、それは関係者の長年の努力と忍耐、そして細心の注意を払った職人技の成果です。

この技術の発明者であるホルガー・クンツ氏によると、「その夜、私とビジネスパートナーのクリスチャン・レヒテ氏は、当時解決されていなかった問題について話し合った。それは、非常に薄い材料をつかむことができるロボットグリッパーの開発方法だ」という。この技術は、移動させる必要のあるあらゆる物体をつかむために使用でき、企業が自動制御装置を変更する時間とコストを大幅に節約できる。クンツは自分のアイデアを実践しようと決意し、製品の応用分野を拡大したいと考えて WACKER に入社しました。彼の USB フラッシュドライブには、青いシリコンキャップのデザインの電子版、新しい吸盤の小さなスケッチが含まれていました。新しい形状は、真空グリッパーがピンポン玉ほどの大きさの物体 8 個をつかんで別の場所に移動できるようにするために開発されました。

ACEO® チームの協力により、クンツのアイデアは現実のものとなりました。「ここで、3D プリントの実際の利点であるプロトタイピングを見ることができます。3D プリントプロセスにより、愛好家や Formhand のようなスタートアップ企業は、独自の部品を迅速に、そして最も重要なことに、低コストで製造できます」と、ACEO® の機械エンジニアである Seitz 氏は言います。

医療分野での応用拡大<br /> 工業用途の拡大に加え、シリコーンの優れた生体適合性と3Dプリント技術のカスタマイズ機能の組み合わせにより、ワッカーケミーは医療分野での応用市場も拡大しています。

Liu Lijun 氏によると、カスタマイズされた解剖モデルは、今日の医療用途において大きな利点を持っています。これらは、臨床トレーニング、手術計画の視覚化とシミュレーション、病気の情報提供、医療機器開発中のシミュレーションに役立ち、精密義肢のカスタムモデルとしても使用できます。
ACEO®医療解剖モデルシリコーンエラストマーは、柔軟性と弾力性に優れ、切断や縫合が可能で、血管、心臓、筋肉、皮膚などの軟組織の複製に特に適しています。ACEO®シリコーンエラストマーベースの「オンデマンドインクジェット」技術を使用して、複雑な3次元解剖モデルを印刷できます。この2つを組み合わせることで、シミュレーションされた生体力学のリアリティがこれまでにないレベルに達します。

3D プリントされたシリコン解剖モデルは、臨床アプリケーション、大学、研究機関でますます重要な役割を果たしています。

「本物のシリコンエラストマーで印刷された解剖モデルは、実現可能な究極のリアリティを表しています」と、ACEO®のグローバルマーケティングディレクターであるエグバート・クラーセンは述べています。「WACKERは、大学、クリニック、研究機関の専門家と協力して、血管、大動脈弓、大動脈弁、三尖弁のモデルを含む基本的な製品ラインを開発し、それを大量市場に投入する予定です。」

WACKER 社がエアランゲン・ニュルンベルク大学と協力して開発した一連のモデルが現在正式に市場に出回っているようです。

ACEO®中国市場を担当する劉立軍氏は、「現在の中国の医療市場は大きな可能性を秘めているが、中国のユーザーのシリコーン素材に対する認知度は低く、市場はまだ拡大する必要がある」と語った。

現在、ACEO® チームは中国の医療市場の発展に注力しています。同社のシリコン 3D 機器は、最近終了した中国国際輸入博覧会でドイツ国外でデビューし、多数の業界専門家の注目を集めました。「医療業界のシリコーンエラストマー材料に対する理解が深まるにつれ、医療業界におけるシリコーンゴムの応用分野はますます広がると信じている」と劉立軍氏は述べた。

出典: New Materials Online

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