3D プリントによってベントレーとランボルギーニが「世界で唯一無二」になる様子をご覧ください。

3D プリント技術の登場以来、自動車業界の 3D プリント市場は驚異的な成長率を維持しています。 Allied Market Research のレポートによると、自動車 3D プリンティング業界は 2017 年から 2023 年までの年平均成長率 (CAGR) が 19.7% で、2023 年までに 27 億 3,000 万ドルに達する可能性があるとのことです。

自動車市場における競争がますます激しくなるにつれ、自動車メーカーはコストを削減し効率を向上させるための新しい技術を求め始めています。現在、大手 OEM (相手先ブランド供給) の組立工場では、組立ラインや工場全体の生産性を向上させるために、3D プリンターの導入に取り組んでいます。 3D プリンティングは、現在も、そして将来も、5 つの大きな「トリック」で自動車業界を覆し続けるでしょう。

今日は、これら 5 つの「コツ」について見ていきましょう。

1小型から大型まで：優れた柔軟性を備えた最適な設計

自動車設計の初期段階で 3D プリンターを使用する大きな利点の 1 つは、評価や部品が組み立てラインに到達する前にスケール調整を行えることです。ベントレー・モーターズが良い例です。将来の量産車両のほぼすべての詳細を、Stratasys PolyJet™ テクノロジーで実現できます。 Bentley Motors のデザインスタジオには、Stratasys Objet30 Pro™ と Objet500 Connex™ の両方のマルチマテリアル 3D プリンターが装備されています。

「Objet30 3D プリンターの精度により、実物大の部品の 10 分の 1 サイズのスケールモデルを製造できます」と、ベントレーモーターズデザインスタジオのオペレーションおよびプロジェクトマネージャーである David Hayward 氏は語ります。「スケールが承認されると、より大きな Objet500 Connex™ 3D プリンターに移行して、1/3 スケールのモデル、実物大の部品、および組み立ての必要なしに異なる材料特性を組み合わせた部品を製造できます。」

さらに、同社はPolyJetテクノロジーを使用して半透明のプロトタイプを印刷することもできます。実際、ヘイワード氏によれば、自動車の内装や外装に使用される考えられるあらゆる物体は、この技術を使用して作ることができるという。 PolyJet のゴムのような材料を使用することで、Bentley Motors はさまざまな硬度、伸び、引き裂き抵抗を持つゴム部品を製造できます。

2高速ツール：プロセスを合理化し、時間を節約

ラピッドツールは多くの自動車業界の顧客にとって注目の的となっており、この傾向は今後も拡大し続けるでしょう。 Stratasys の調査によると、イタリアの顧客の 60% が製造作業に Fortus® 3D プリンターを使用しています。

報告書によると、「一部の企業は3Dプリンターを使用して金型を事前に製造し、金型設計の最初の50〜200回の反復を実施します。」その後、エンジニアは金型を評価して最適な設計を決定してから、「最終的なスチール金型バージョン」を製造できます。最初から積層造形を使用してツールを設計すると、従来の処理方法に比べて多くの手順とコストを節約できます。

ツール作成プロセスの合理化の最良の例は、2011 年に遡ります。アヴェンタドールはランボルギーニのフラッグシップモデルです。最高時速370マイルに達する40万ドルのアヴェンタドールの性能は、一体型ボディ・シャシーの中核を成すカーボンファイバー強化複合モノコックに大きく依存している。車体とシャーシ全体の重量はわずか505ポンドです。

ランボルギーニは、ストラタシスフォータス 3D プリンティングの力を借りて、ボディ、シャーシ、部品を含む新型アヴェンタドールの 1/6 スケールのプロトタイプを 20 日間で設計、構築、組み立て、総コストはわずか 3,000 ドルでした。従来の製造プロセスを使用した場合、4 か月かかり、コストは 40,000 ドルになります。

ランボルギーニラボの FDM 3D プリント技術と従来の製造プロセスのコストと時間の比較

3クイックカスタマイズ<br /> 自動車メーカーにとって、カスタマイズされたモデル、特に内装を少量生産することは、多くの場合コストがかかります。しかし、3D プリントは経済的に実現可能なソリューションを提供します。実用面では、ダッシュボードなどの特殊なコンポーネントの小ロット生産を含め、カスタマイズされたインテリアも 3D プリントが対応できる大きなニーズの 1 つです。電気自動車はまだ少量生産市場ですが、市場は急速に成長しており、3Dプリンティングがより重要な役割を果たす可能性があります。

ストラタシスはドイツの自動車メーカーと協力し、コストと材料の両面で 3D プリント技術が適した「ドライバーフレンドリー」な自動車 10,000 台を生産しています。

これらの車両には軽量で高度に特殊化された部品が必要であり、小ロット生産はまさに FDM が得意とする分野です。 Stalasys は最近、小規模な商用電気自動車 (EV) メーカーと協力し、車両全体の重量を約 5% 削減する熱成形ルーフツールを製造しました。

カスタマイズは、特に芸術性と工業デザインが融合する場合、アフターマーケットにも適用されます。まだ技術的な障害はいくつかあるものの、成長を続ける電気自動車市場において 3D プリントの大きな応用可能性を示しています。

4オンデマンドの検証と高度な測定

さらに、3D プリンティングは測定や部品の組み立てにおいてますます重要な役割を果たすようになります。有名な自動車部品サプライヤーは、Stratasys のエンジニアと協力し、最終組み立て前にヘッドライト (またはテールライト) の複数のポイントを同時に測定できる多目的ツールを開発しました。 3 つの異なる測定ステップを統合するだけでなく、機能の少ないスチール製またはアルミニウム製のツールを置き換えてコストを 3 分の 2 削減し、FDM で製造されたツールは軽量でどこにでも移動できます。

現在、組み立て工程に必要な治具を製造するために Fortus 3D プリンターを使用するメーカーが増えています。たとえば、ゴムのような素材である PolyJet Tango™ を使用して、組み立て時にドアの隙間を測定するためのツールを製造しています。

5機能テスト：設計の実現可能性を確認する<br /> 約 10 年前、Stratasys の専門家は、Fiat が FDM テクノロジーを使用して自動車のドアやボディパネルを製造する方法を実証しました。 SLA および SLS テクノロジーでは、反りのない部品を製造できませんが、FDM 部品は時間の経過とともに変形しません。その結果、クライスラー・フィアット・グループは FDM テクノロジーに感銘を受け、より機能的な部品を製造するために複数の Fortus 3D プリンターを購入しました。

たとえば、耐薬品性や耐熱性などの機能テストに耐えられるエンジンコンパートメント用の複雑なコンポーネントを製造できます。 ULTEM 9085 樹脂は、エンジンルーム内の部品を含むテスト車両の複雑なコンポーネントの製造に最適な材料である、難燃性の高性能熱可塑性プラスチックです。重量対性能比は、これらの用途で使用される一部のアルミニウム合金と似ており、最高 186 度の温度に耐えることができます。

自動車部品によく使用されるもう一つの素材は、ULTEM 1010 樹脂です。ULTEM 9085 樹脂に比べて耐熱性が高く、剛性が強く、214 ℃ の温度に耐えることができます。

部品またはアセンブリ全体を製造に移す前に FDM テクノロジを使用すると、何が実現可能かだけでなく、何が実現不可能かも確認できます。

たとえば、Hyundai Mobis は Kia Spectra モデル用の ABS プラスチック製計器パネルのプロトタイプを作成し、座標測定機を使用して正確にスキャンして、元のデザインとの正確な一貫性を確保しました。しかし、元の設計における 27 個の欠陥が完全に露呈し、コストが増加して生産サイクルが長くなるだけでなく、精度と完全性にも影響が及ぶことになります。

結論: 自動車業界は常に最も複雑で、ペースの速い業界の 1 つです。さまざまな新しいアプリケーションの継続的な発見、テスト、実装により、自動車業界における 3D プリント技術の大きな可能性は「氷山の一角」に過ぎません。今後、自動車製造分野のより多くの側面に影響を及ぼすと確信しています。

出典: Stratasys 3D プリンティング観察

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