2017年の自動車製造業界のホットワードといえば、期待の高かった軽量化に加え、3Dプリンティングや積層造形も重要な役割を果たしています。最近、Antarctic BearはGasgooが自動車分野の3Dプリント技術に関する記事をまとめ、上記2つの技術分野における各機関の技術開発動向を紹介しているのを目にしました。詳細は以下をご覧ください。
台湾自動車研究開発連盟 キーワード: 2人乗り電気自動車、3Dプリント製造技術、ポリ乳酸
台湾自動車研究コンソーシアム（TARC）は、3Dプリント技術を使用して車体を製造した2人乗り電気自動車を開発した。 この電気自動車には6.6kWhのリチウムイオン電池が搭載されており、航続距離は60～100km（約37.3～62.1マイル）、最高速度は60km/h（約37.3mph）となっている。 TARCは電気自動車が量産可能かどうかまだ確認していない。 電気自動車の車体と内装はドアを除いてプラスチックで作られています。安全上の理由から、ドアは鋼板で作られています。車体の素材は植物由来のデンプンから作られたポリ乳酸（PLA）です。
この電気自動車は、一般的な車両とは異なり、モノコック構造を採用しておらず、車体とフレームが独立して設計されており、フレームだけで車両衝突時に求められる安全要件を満たすことができます。このため、外装部品の設計スペースと適用の柔軟性は非常に大きくなっています。 この電気自動車のフレームはアルミニウム製で、重さは98.7kgです。フレーム後部を拡張すれば3人乗りのピックアップトラックも可能。アルミフレームの形状を変えれば、二輪車や自転車の製造にも使えます。 TARCは生産規模の拡大とコストの30～40％削減を目指しています。
この電気自動車の寸法（長さ、幅、高さ）は2780 mm x 1440 mm x 1570 mm、ホイールベースは1770 mmです。エンジンの最大出力と最大トルクはそれぞれ7kWと44N·mです。 TARCは電気自動車を商品化するか否かをまだ決定していない。
KLIOデザイン キーワード: トポロジー最適化、カスタマイズされたテストモデル
韓国のデザイン会社KLIO Designは、「オープン構造モビリティコンセプト」と呼ばれる超小型電気コンセプトカーを発表しました。これは、3Dプリント技術を使用して車体をカスタマイズし、車両アーキテクチャプラットフォームを共有することで構造拡張を実現し、個人ユーザー、商業ユーザー、社会公共交通部門にオープンな車両構造を提供します。
トポロジー最適化 KLIO Design は、ギリシャ語の morphê と genesis という 2 つの単語に由来する「形態形成」の数学的アルゴリズムに取り組んでいます。 KLIO Design は、この数学的アルゴリズムを使用して、さまざまな構造パターンを生成することで、人生から得たインスピレーションをデザインに応用しています。反復操作は、残りのコンポーネントの相対密度が 1 に達するまで継続されます。言い換えれば、この方法は原材料の最適な割り当てを決定することを目的としています。 トポロジー最適化は、目的関数 (最小質量) を満たす設計変数 (有限要素の密度) を見つけるために実行されます。設計チームは、設計領域内の制限要因 (安全係数) を考慮する必要があります。トポロジー最適化に基づき、外力（走行中に車体にかかる負荷）に対応できる最適化（質量最小化）された車体構造を考案し、コンセプトカーの初期形状設計の指針を提供しました。 同時に、設計チームは、静止、速度変化、スピードバンプの通過、加速またはブレーキ、さらには横転などの極端な状況など、車両が直面するさまざまな状態を慎重に考慮し、設計領域に作用する外力の値を計算しました。同社は、トポロジー最適化技術を用いて、上記各運転状況について計算解析を行い、計算結果を組み合わせてまとめた。最後に、設計チームは車両の外観を簡素化して分析し、コンセプトカーの初期設計形態のガイドラインを確立しました。
カスタマイズされたテストモデル このコンセプトカーにより、KLIO Design は、乗客数や目的 (個人用、公共用、商用) に応じてカスタマイズできるテスト モデルを作成することができました。コンセプトカーのパワートレインはボディシャーシに統合されており、各コンポーネントのサイズが最小限に抑えられたシンプルな電気自動車システムで構成されているため、必要に応じて性能と航続距離をアップグレードできます。車両は統合インバータ/コンバータ制御ユニットによって制御されます。 現在、KLIO Design は 3D プリント技術を使用して、車のスケールモデルと物理モデルを製造しており、後者はプラスチック粉末材料 (ポリメチルメタクリレート、PMMA) で作られています。この車の製造に使用された3Dプリンター機器は、印刷速度と解像度が最高レベルで、材料損失率がほぼゼロという優れた性能を備えています。この装置は主に鋳造製造に使用され、従来のコンピュータ数値制御 (CNC) 生産方法では実現不可能な、比類のない迅速なプロトタイピングを実現できます。この装置は設計評価に適しており、今後設計コミュニティで広く使用されることが期待されます。 材料の問題でテスト車両モデルが破損する恐れがあるため、車体の塗装は行われていない。このコンセプトカーのプロトタイプは、主に車両の上部ボディ（テスト走行でテストされていない）と車両のベース（テスト走行でテスト済み）の2つの部分で構成されています。
ナノスチール キーワード: BLDRmetal L-40、レーザー融合積層造形プロセス、表面硬化鋼粉末
NanoSteel は最近、レーザー粉末床融合積層造形プロセスを使用して処理できる新製品 BLDRmetal L-40 を発売しました。 BLDRmetal L-40 は、高硬度と優れた延性 (表面硬度 > 70HRC、鋼芯の伸び > 10%) を備えた表面硬化鋼粉末です。3D 印刷技術を利用して、標準的な市販機器で印刷できます。
この合金はM300マルエージング鋼に匹敵する優れた性能を持ち、H13などの工具鋼の代替品として使用できます。3Dプリント技術を使用して簡単に加工できます。 BLDRmetal L-40 は、さまざまな硬質材料市場での 3D プリントの可能性を高め、ツール、金型、ベアリング、トランスミッション ギアなどの部品向けに設計されています。
ナノスチールは、3Dプリント技術を使用して、金型加工機械で製造されたD2およびM2工具鋼をはるかに上回る性能を持つ8インチのロールスレッドダイセットを作成しました。
NanoSteel は、CFK GmbH の迅速な反復研究開発技術を使用してこの高強度合金を開発しました。 CFK GmbH は、金型を製品コンセプトから完成部品へと変換する専門知識を持つ、業界の 3D プリント サプライヤーです。
オークリッジ国立研究所 キーワード: 大面積積層造形技術、圧縮成形型、ノズル
米国テネシー州オークリッジ国立研究所（ORNL）のエンジニアと研究者は、自動車のボンネットの製造に使用できるツールを開発しました。 3D プリンティングは、Big Area Additive Manufacturing (BAAM) テクノロジーに依存しています。 2014年、米国のオークリッジ国立研究所とシンシナティやローカルモーターズなどのパートナーは、BAAM技術を使用してわずか数日で3Dプリント車両を製造しました。その後、プロセスを最適化し、3Dプリント技術を使用してシェルビーコブラスポーツカーを製造しました。
自動車業界は、工具に毎年数十億ドルを費やしていますが、工具には通常、鋼鉄製の金型やダイが必要であり、その製造には時間がかかり、入手には費用がかかり、維持にも費用がかかります。ラブ氏は、3D は優れたソリューションであり、この技術を使用することで金型の製造時間が短縮されると述べました。
米国のオークリッジ国立研究所はかつてフォード向けに圧縮金型を製造しており、現在はダイカスト製造業者のダイバーシファイド・ツーリング・グループと協力して付加的な金型の研究を行っている。 この研究はプラスチックと金属の付加製造に焦点を当てており、3Dプリントされた部品には表面仕上げが必要だが、機械加工やコーティングによってより滑らかで光沢のあるものにすることができるとラブ氏は言う。
オークリッジ国立研究所とStrangpresse キーワード: 革新的なノズル、3D プリント
米国エネルギー省オークリッジ国立研究所（ORNL）は、オハイオ州に拠点を置く3Dプリント技術企業Strangpresseと、ORNLの押出機関連の付加製造技術に関する独占ライセンス契約を締結したと発表した。押し出し技術により、数百ポンドのポリマー材料を印刷できると報告されています。
この発明には、航空宇宙、自動車用途、または高解像度のプロトタイプ用の大型部品に材料を押し出すことができる革新的なノズルが含まれており、材料の粗さを最小限に抑えながら品質を大幅に向上させます。
2014 年に設立された Strangpresse の主な事業は、工業規模で使用するための完全に制御可能な軽量の熱可塑性押出機の研究、開発、商品化です。オハイオ州ヤングスタウンに本社を置く同社は、主に大学、研究室、工業製造企業に押出機やその他の 3D 印刷技術を販売しています。
ジョージア工科大学とラトガース大学 キーワード: 3層システム、積層造形、マイクロ金ナノロッド
ジョージア工科大学とラトガース大学が開発した新しい 3 層システムは、積層造形法を使用して製造された部品の性能を検証するように設計されています。このシステムは、音響やその他の物理的技術を使用して 3D プリンターが期待どおりに動作していることを確認し、非破壊検査技術を使用して部品内の小さな金ナノロッドが正しい位置に正しく埋め込まれていることを確認します。 この検証テクノロジーは、3D プリンターのファームウェアや制御コンピューターのソフトウェアとは独立しています。
新しい 3 層システムは、次の 3 つの部分で構成されます。 動作中の 3D プリンターの音響測定。音響モニタリングでは、安価なマイクとフィルタリング ソフトウェアを使用して、印刷デバイスの音の変化を検出し、それを参照録音と比較します。後者は、3D プリンターにマルウェアがインストールされているかどうかを検出できます。 3D プリントされた部品の物理的な追跡。目的のオブジェクトを作成するために、プリンターの押し出し機やその他のコンポーネントは、安価なセンサーを使用して検出できる一貫した機械的経路に従うと考えられます。パスが予想と異なる場合は、マルウェア感染が発生している可能性があります。 完成した部品内の金ナノロッドを検査します。研究者らはラマン分光法とコンピューター断層撮影（CT）を使用して、3Dプリンターで使用されるフィラメント材料に混合された金ナノロッドの位置を検出した。 多くの課題の中でも、最も難しいのは、3D プリンター機器の動作時に通常大きな騒音が発生するため、騒音の多い環境で良好な音響データを取得することです。さらに、この技術は他の種類の印刷機器やさまざまな材料にも適用できます。
BASFの新規事業とInnofil3D キーワード: 3D プリント用プラスチック粒子、3D プリント用ワイヤ、溶融フィラメント製造
BASF New Businessは、独占禁止当局の承認を必要としない取引により、オランダのエメンに拠点を置くInnofil3Dの株式100%を取得する予定である。 BASFの新事業担当ゼネラルマネージャー、フォルカー・ハメス氏は次のように語った。「買収の完了後、BASFの事業は新たな大きな一歩を踏み出しました。当社は現在、3Dプリント用のプラスチック粒子だけでなく、フィラメントも提供できます。」 Innofil3D は、溶融フィラメント製造に使用する高付加価値のカスタマイズされたフィラメント (長くて細いプラスチック繊維) の大手メーカーです。印刷された製品の機能性は、プラスチックだけでなく、フィラメントの一貫した高品質にも左右されます。 Innofil3D の製品は、BASF の 3D プリント用ホットワイヤー プラスチック フィラメントに追加されます。 Innofil3Dは、既存の事業活動を維持し、中核的なワイヤー研究開発および生産プラットフォームになります。ハメス氏は「Innofil3Dは優れた製品ラインを有しており、BASFは高性能フィラメントの開発を計画している。この2つの緊密な組み合わせは、BASFの3Dプリント製品ソリューションの基盤となるだろう」と述べた。Innofil3Dチームは経験豊富で、BASF 3D Printing Solutions Co., Ltd.傘下のチームの強みをさらに強化するだろう。
Altair、APWORKS、csi entwicklungstechnik、EOS GmbH、GERG、Heraeus キーワード: 積層造形、耐荷重構造の有機設計、プロセスチェーン、3i-PRINTオープンコラボレーションプラットフォーム
Altair、APWORKS、csi entwicklungstechnik、EOS GmbH、GERG、Heraeus は、フォルクスワーゲン キャディ クラシックカーに 3D プリントされたフロントエンド構造を使用し、自動車業界における産業用 3D プリント技術の応用を実証しました。
構造部品は非常に軽量で、機能統合度も高いです。 6 社は、コンセプト設計から最終的な車両製造まで、プロセスのすべての段階において協力し、3i-PRINT と呼ばれる 9 か月間のプロジェクトに取り組みました。 自動車産業における積層造形の価値 産業用 3D プリンティングは、積層造形とも呼ばれ、大規模製造において欠かせない役割を果たしており、将来的にはコスト効率と効率性を向上させる可能性があります。つまり、産業グレードの 3D プリント技術の応用は、特に自動車産業において今後ますます拡大していくでしょう。 自動車工学における積層造形の価値提案を真に実現するには、機械構造と軽量構造の設計を拡大することが唯一の道です。ただし、前提条件は、まず部品の機能統合を実現し、各部品に可能な限り多くの技術機能を統合し、同時に部品の数を可能な限り減らして付加価値を生み出すことです。これは、自動車業界が3Dプリントを好むもう1つの大きな理由です。 3i-PRINT プロジェクトは、フォルクスワーゲン キャディ コンセプトカーを使用して将来のテクノロジーの実現可能性を実証することを目的としています。
耐荷重構造の有機的なデザイン さらに、熱管理、パッシブセーフティ、流体貯蔵に関連する機能が、有機的な負荷駆動型設計を採用したフロントエンドモジュールに統合されています。 プロセスチェーン全体にわたって各社の専門知識を結集して活用する この目的のために、CSI Entwicklungstechnik の専門家がフロントエンド構造の設計、開発、構築を開始し、GEREG は積層造形コンポーネントの接続とフレームの最終バージョンの製造を担当しました。同社は、設計とプロセスを統合して最適化するためのシミュレーション技術の開発と応用に重点を置きました。 Altair は、メカニズム コンポーネントの設計、最適化、シミュレーション、開発のためのソフトウェア ソリューションを提供します。コンセプト製品のシミュレーションと設計が正常に完了した後、APWORKS は 3D プリントされた構造部品の最終的な寸法を決定する責任を負いました。 フロントエンド構造が完成すると、APWORKS は金属およびポリマーの産業用 3D プリント分野の大手テクノロジープロバイダーである EOS が開発したシステムを使用する予定です。 Heraeus は、APWORKS が提供し、部品の製造に使用される高強度アルミニウム合金 Scalmalloy® の供給と品質検証を担当します。 APWORKS は、印刷プロセスをサポートするために、EOS M 400 システムに最適な印刷パラメータ設定を開発しました。 このプロジェクトでは、付加製造技術と革新的な材料を組み合わせることで、従来の製造方法では実現できなかった機能統合の実現可能性を実証することに成功しました。 3i-PRINTオープン協力プラットフォーム 3i-PRINT は csi entwicklungstechnik によって開始され、革新的なコンセプトのプロトタイプを推進する柔軟な自動車エンジニアリング開発プラットフォームになりました。このコンセプトは、産業用 3D プリントなどの新しい研究開発ツールと方法を活用することに基づいています。このプロジェクトの目的は、最新の製造方法の実現可能性を実証し、徹底的に調査することです。 3i-PRINT プロジェクトは、新しいアイデアの実装を加速させる可能性を秘めたオープンな共同プラットフォームです。
ブランズウィック美術アカデミーとアウディ キーワード: カーシート、動的構造設計、クララコンセプトカー
講師のマヌエル・クレツァーが率いるブラウンシュヴァイク芸術大学のデザインチームは、アウディの開発/イノベーション部門と協力し、車内座席の形状を再考し、将来の自動運転車「クララ」に合わせた動的構造の革新的な座席を考案しました。
Klara は、Audi が開発した人工知能コンセプトカーです。Audi は、このコンセプトカーを使用して、知覚技術を使用してドライバーと車の間のコミュニケーションを確立する方法、さらには人間と機械の信頼関係のフィードバックを確立する方法を調査および研究することを目指しています。 Klara カーシートの特別なニーズに応えて、コンセプトカーの設計チームは 3D プリント技術を使用して軽量のカーシートを作成しました。
アウディによると、クララコンセプトカーの金属製ボディの下には39個の電動調整モーターが搭載されている。高感度センサー一式を備えた「クララ」コンセプトカーは、インタラクティブかつ主体的に周囲の状況に反応する。車両は、近づいてくる人が友好的であると感じた場合、ライトを点滅させて挨拶します。しかし、クララは「吠える」ことで不満を表現することもできます。
アウディ開発イノベーションセンターとブラウンシュヴァイク美術アカデミーの研究チームが共同で、コンセプトカーシートの設計と3Dプリントを行いました。両者は、プロジェクトの研究開発とサンプル生産を完了するのにわずか3か月（2017年4月から6月）しかかかりませんでした。コンセプトカーのシートを設計する際、設計チームは Kalar コンセプトカーの全体的な設計コンセプトにも準拠しました。
当初、両者は製品設計の構想に2日間を費やし、その後、チームは3つのグループに分かれ、各グループのメンバーは設計と製造、素材と快適性、パワーとレスポンスに責任を持ちました。 BigRem 社がデバイスの製造をサポートし、実物大のプロトタイプは極めて強度の高い生分解性素材 Pro-HT プラスチックで作られています。
パワー＆レスポンスチームは、38 個の可動部品をカスタマイズし、3D プリントされたフレーム構造の表面に取り付けました。これらのコンポーネントの視覚的および触覚的特性は、変化する運転条件に応じて動的に調整できます。 材料・快適性チームは、車のシートの安定性と快適性を向上させるために、シートの 5 つの独立した領域に高性能の生地を設置しました。
カミンズとオークリッジ国立研究所 キーワード: 3Dプリンティング + 積層造形
カミンズ社とオークリッジ国立研究所は、大型トラックのエンジン修理用の新素材を開発している。車両が過酷な条件下で長距離を走行すると、エンジンが損傷しやすくなります。チームは、エンジンのシリンダーヘッドを交換するのではなく、まず摩耗した部分を「削り取り」、次に積層造形法を使用して、元の鋳造品よりも高品質の高性能合金に交換するという新しいアプローチを提案しました。 ORNL が開発した 3D プリント プロセスを使用すると、部品を作り直すことなく Cummins エンジンを修理して耐久性を高めることができ、コストを大幅に削減し、エネルギー効率を向上させることができます。
出典: Gasgoo
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