【事例】農業機械用油圧マニホールドの製造に3Dプリント技術を活用

近年、複雑な油圧部品の製造分野において積層造形技術の応用が進められています。過去数年間、エアバスが3Dプリント航空機スポイラー油圧部品の研究開発を推進する上で積極的な役割を果たしていること、イタリアのレーシングカーメーカーがレーシングカーに付加製造油圧システムを使用していること、有名な先進油圧部品メーカーであるムーグが複雑な油圧部品の設計革新と付加製造を包括的に探究していることを目にしてきました。また、別の有名な油圧トランスミッションおよび制御システムメーカーであるパーカー・ハネフィンが、付加製造技術を探求するために本社の近くに「先進製造学習開発センター」を開設したことも見てきました。

油圧部品製造分野における金属3Dプリントの発展は、一方では油圧部品応用企業の軽量化と性能向上の要求によって推進され、他方では油圧システムメーカーによる製品革新の試みと努力の恩恵も受けていると言えます。イタリアのAidro Hydraulics社もそのような会社です。同社の推進により、3Dプリント技術が徐々に農業機械業界に応用されつつある。

▲Aidro Hydraulicsは、農業機械の顧客向けに3Dプリントされた油圧バルブブロックを製造しています。印刷装置はEOS M 290です。
市場調査によると、付加製造技術は一部の国際的な農業機械メーカーにとって馴染み深いものであることが分かっています。例えば、ドイツの農業機械メーカーである Amazone 社は、トポロジー最適化技術と voxeljet 社の 3DP 3D プリント技術を使用して砂型と砂中子を製造し、ある農業機械用の大型軽量フレーム鋳造品を生産したことがあります。アメリカの農業機械メーカーであるジョンディアは、プロトタイプの製造、治具の製造、スペアパーツの製造に 3D プリント技術を適用しています。 3Dサイエンスバレー拡張読書：事例l 3Dプリント砂型は軽量大型鋳物の迅速な製造の課題を解決します

イタリアの油圧メーカーAidro Hydraulics社が生産する油圧バルブボディ製品は、農業機械、航空宇宙、石油掘削、自動車製造などの産業分野で使用されています。 Aidro Hydraulics は、2017 年に金属製 3D プリント油圧バルブ本体製品を正式に発売しました。農業機械業界も、同社の 3D プリント油圧製品の主要な応用分野です。

金属 3D 印刷技術を油圧製品のイノベーションに適用する際に、Aidro Hydraulics の付加製造チームは、粉末床選択的レーザー溶融金属 3D 印刷技術を最大限に活用して、農業機械に使用される油圧マニホールドを最適化する方法を新たに検討しました。

▲従来の油圧マニホールド（左）と3Dプリントされた油圧マニホールド（右）
その結果、従来の農場用油圧マニホールドの前世代とまったく同じ機能を実行する設計が実現しました。 2 つのソレノイドバルブと 2 つのパイロット操作チェックバルブを備えた複動シリンダーを制御します。 Aidro Hydraulics によれば、従来の油圧マニホールドと比較して、3D プリントされた油圧マニホールドは 75% 軽量で、容積は 50% 小型化されているとのことです。テスト結果は次のとおりです。

ストレステストで効果を発揮
引張強度、伸び、衝撃靭性、硬度などの機械的特性は、従来のマニホールドよりも優れています。
材料の密度は99.7%です

3D プリントされた油圧マニホールドの内部チャネルの丸みを帯びた曲線形状により、従来のマニホールドのクロスドリル加工によって形成される鋭角の角に比べて乱流が低減され、3D プリントされた油圧マニホールドの性能は従来の製品と同等かそれ以上になります。

これらの 3D プリントされた油圧マニホールドは、強度と熱特性に優れ、軽量な鋳造アルミニウム合金材料 AlSi10Mg でプリントされています。このタイプの合金は、薄壁部品や複雑な形状の部品の製造によく使用されます。

公開データによれば、我が国の油圧市場規模は世界第1位であり、下流部門は主に建設機械と農業機械となっています。油圧部品の下流用途需要の割合から見ると、建設機械油圧部品が油圧部品全体の約42.5％を占め、農業機械が約21.28％を占めています。 2012年、わが国の農業機械の総生産額は3,382.4億元に達し、欧州連合や米国を抜いて世界最大の農業機械製造国となった。

農業機械自体はさまざまな形状、複雑な構造、過酷な作業条件を備えています。農業機械には、高い信頼性など、油圧部品に対する多くの特別な要件があります。農業機械の油圧技術に対する需要には、主に省エネ技術、油圧駆動技術、無漏洩技術が含まれます。油圧部品を使用できる農業機械には、高出力トラクターとその操作ツール、ローダー、浚渫機、グレーダーなどの基礎建設機械、大型植物保護機械、高収量作物栽培および収穫機械、農業ロボット、畜産機械など、さまざまな製品タイプが含まれます。

私の国では農家の購買力が低いため、農業機械への油圧技術の応用が制限されていることは注目に値します。油圧技術を利用した農業機械のグレードが向上するにつれて、価格もそれに応じて上昇しました。国内市場の需要を満たすために、OEM は市場シェアと引き換えに構成を削減または変更する必要があります。

我が国の新興都市化の進展に伴い、農業機械への補助金は今後も長期間継続されることが予想されます。このような好ましい環境は、より先進的な農業機械に対する農家の需要を促進するのに役立ち、また我が国の農業機械産業が油圧産業を牽引し続けることにも役立つでしょう。同時に、農業機械の油圧部品製造分野への積層造形技術の導入を促進する上で積極的な役割を果たしてきました。

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出典: 3Dサイエンスバレー

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