Betatype が 384 個のヘッドライトを 3D プリントし、自動車生産における金属 AM の価値を実証

航空宇宙産業は金属積層造形技術の探究と採用に恵まれた産業ですが、自動車産業ではやや制限があります。これは、自動車生産に 3D プリントが使用されていないということではありません。ほとんどの自動車メーカーが調査中であると理解されていますが、生産性や部品あたりのコストなど、さまざまな要因により採用は限られています。最近、英国の製造業者 Betatype は、レーザー粉末ベッドフュージョン (LPBF) を使用して 1 回のビルドで 384 個の認定金属部品を製造することにより、AM が自動車部門におけるこれらの制限を克服する方法を実証しました。このプロジェクトでは、Betatype の最適化テクノロジーを活用して、部品コストを大幅に削減 (40 ドルから 4 ドルに) し、リードタイムを短縮 (444 時間から 34 時間) しました。

大量生産産業<br /> Betatype は、そのケーススタディで、AM テクノロジーは現状では自動車などの特定の消費者向け業界の大量生産と低コストの需要を満たすことができないという一般的な考えに挑戦することを目指しました。むしろ、大量生産産業で AM を導入する鍵は、プロセスの経済性を最適化することだ、と述べています。言い換えれば、製造される部品ごとに最も効率的な製造プロセスを選択するということです。

Betatype は、この知識と AM の限界および最適化技術に関する自社の理解を組み合わせることで、AM 専用に設計され、従来製造された部品よりも性能が優れ、経済的にも実現可能な部品を顧客が作成できるよう支援できると述べています。

フルスタック<br /> より実践的に言えば、Betatype は一連の LED ヘッドライトを 3D プリントすることで、自動車業界の生産製造に AM をどのように活用できるかを実証しました。同社が説明しているように、このプロジェクトは自動車業界が最近 LED ヘッドライトに移行し、それを新たな熱管理の課題に適応させる必要性から生まれたものである。

「通常、これらの新しいコンポーネントには比較的大きなヒートシンクが必要であり、多くの場合、積極的に冷却されます」と同社は書いている。「Betatype は、これらの金属部品の特殊な形状が、複数の製造プロセスを 1 つの製造方法に統合できる LPBF 製造に最適であることを認識しました。」

金属製ヘッドライト部品を AM に適したものにするために、Betatype はまず LPBF を使用して印刷できるように部品を再設計しました。再設計プロセス中に、Betatype はサポート機能を組み込んだ部品を設計することができ、追加のサポートを必要とせずに、ビルドトレイ内で複数のヘッドライト部品を積み重ねることができました。

「フルスタックアップ」は複雑な作業であると考えられることが多いですが（主に層形成プロセス中の熱応力が原因）、Betatype はヘッドライトコンポーネントが熱応力を軽減するように設計されていることを保証します。 Betatype が考案した斬新なスタッキングデザインにより、同社は最終的に一連の部品を「ネスト」して、プリンターの造形ボリュームを最適化できるようになりました。前述の通り、これにより 1 回の印刷ジョブで合計 384 個の部品が印刷されました。これを実現するために使用されたマシンは、EOS M 280 システムです。

より良く、より安く、より速く<br /> Betatype は、部品を積み重ねたモデルとして設計するだけでなく、専門知識を活用して構築プロセスの他の側面を最適化しました。同社は次のように述べています。「特定の制御パラメータにより、部品の各層が単一のツールパスでレーザーにさらされ、その間の遅延を最小限に抑えながら部品を効果的に溶かします。これを Betatype の最適化アルゴリズムとプロセス IP と組み合わせることで、部品 1 個あたりのビルド時間を 1 時間以上から 5 分未満に短縮できます。これは、標準的なビルドプロセッサを使用する場合よりも 10 倍高速です。」

コストの面では、Betatype は 1 個あたりのコストを 40 ドル以上から 4 ドル未満に削減できたと述べており、これは大きな節約になります。同社はまた、EOS M280またはレニショーのRenAM500Mシングルレーザーミディアムフレーム（SLMF）システムを使用することで、384個のヘッドライト部品の生産時間を444時間から約30時間に短縮できると付け加えた。しかし、新しいマルチレーザーシステム MLMF を使用することで、構築時間をわずか 19 時間にまで短縮することができました。

「これらの高生産性システムを使用することで、システムあたり7,055個の部品から年間135,168個の部品へと、生産性を19倍向上させることが可能です」とベータタイプは述べています。「この最適化されたプロセスを実行するマシンを 7 台設置することで、年間 100 万個近くの部品を製造できるようになります。より機能的でコスト効率の高い部品です。」

出典: 3Dプリンティングオンライン

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