3D プリンティングはどのようにして自動車業界の課題を解決し、生産ニーズに適応できるのでしょうか?

ゼネラルモーターズは、電気自動車の軽量化のため、オートデスクのジェネレーティブデザインソフトウェアを使用して車両部品の設計を最適化している。今回、デトロイトのGMは本気だ。彼らは約1年以内にこれらの部品を車に搭載する予定で、GMは3Dプリントを製造分野に応用したいと考えているのだ。

では、ゼネラルモーターズは 3D プリント技術と自動車部品生産の統合をどのように見ているのでしょうか?この目的のために、ゼネラルモーターズのグローバル研究開発責任者であるアニル・サッチデフ博士は、付加製造（AM）に関して自動車業界が直面している課題と、それが主流の技術になるために何を変える必要があるかを検討します。
行き詰まり、量的変化の課題自動車業界に関して言えば、3Dプリンティングは依然として主にプロトタイプや小ロットの部品の適用に限られていますが、私たちはこれを変えたいと思っています。では、3Dプリンティング、特に粉末床金属溶融結合技術を自動車分野の大規模生産に取り入れ、自動車生産に適した経済的に実行可能な技術にするための課題は何でしょうか。
自動車業界では、製品設計を改善するために積層造形特有の利点を活用する必要がありますが、経済的な生産に関しては、生産量を 12 個程度の小ロットから少なくとも年間 100 万個に増やす必要があります。この100万台の壁を破ることができない限り、3Dプリンティングは自動車生産ラインへの参入という点では行き止まりのままでしょう。
5 つの障害生産までの道のりで、現実と目標の間には 5 つの主な障害があります。
マシンのサイズ: ほとんどの粉末床金属 3D プリンターでは処理サイズに大きな制限があり、現在は 400 mm または 600 mm に制限されているため、一度に作成できる部品はわずかです。たとえ小さな部品であっても、機械のサイズによって生産能力は制限され、一度に 5 ～ 10 個の部品を生産する程度であり、これは 100 万個の部品を生産する能力の必要性と比較すると課題となります。これは小さな部品の加工に限った話です。非常に大きな鋳造品や打ち抜き品の加工にはまだ長い道のりが残っています。
精度: 粉末床金属 3D 印刷装置のコストはすでに高く、さらに後処理の労力と費用を考慮する必要があり、この技術は高価になりすぎます。付加製造によって最小限の後処理要件で精密な部品を作成できるようになるまで、大規模な自動車生産においては経済的な実現可能性が重要な考慮事項となります。
材料: 現在、ほとんどの 3D プリント材料は主に医療および航空宇宙産業に適しており、これら 2 つの分野の製品ライフサイクル特性とコスト構造は、特に高価な処理材料の場合、3D プリント技術に適しています。
現在自動車分野で利用可能な合金は、通常、鋳造または鍛造製品に使用されるものですが、3D プリントの場合、合金の開発では、積層製造プロセスで発生する急速な加熱および冷却速度を考慮する必要があります。
効率: スタンピングプレスでは 6 秒ごとに部品を製造できるのに対し、粉末床金属溶融結合技術では、競合製造方法と比較して、小さな部品のバッチを製造するのに数時間かかることを考慮すると、積層造形は現在、自動車製造には遅すぎます。
コスト: 大量生産され、消費者と直接対面する産業である自動車業界では、コストは重要な要素です。たとえば、積層造形法では一度に多くの部品を組み合わせることができますが、鋳造法はほぼ 2 桁安価です。付加製造は、過去 50 年間にわたって最適化されてきたプロセスと競合し、それらに代わる付加価値を提供する必要があります。
標準とコラボレーションこれらの問題はいずれも、単一の組織、あるいは単一の部門では解決できません。機械メーカーが規模や生産能力の要求に応えるべく取り組んでいる一方で、自動車メーカーも主導権を握る必要があり、GMは現在、材料開発やプロセスに注力している。たとえば、GM は、付加製造の現在の障壁を克服する問題の解決に役立つ高度なモデリング技術を使用して、容量の関数として金属粉末の開発と処理を研究しています。
もちろん、自動車業界の標準に対するニーズは、積層造形の標準が出現し始めるにつれて、粉末床金属溶融結合技術が直面するもう 1 つの課題です。 GM では年間何億もの部品が生産されており、すべての機械メーカーが独自の粉末を持つことは持続可能ではないため、標準自体も業界全体で共同で開発される必要があります。自動車業界の膨大な量の要件では、これが許されません。さらに、粉末規格は氷山の一角に過ぎません。3Dプリント業界のメーカーは連携し、業界発展の観点から、積層造形の開発を共同でサポートし、すべての重要な障壁を打ち破る方法を検討する必要があります。
出典: 3Dサイエンスバレー

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