3Dプリントがアフターマーケットビジネスモデルを生み出す：オンデマンドの船舶部品

ヨーロッパで最も忙しい港であるロッテルダム港には、昨年1年間に105,000隻の内航船と29,000隻の外航船が出入りし、合計4億600万トン以上の貨物を運搬しました。ロッテルダム港は世界最大の港として栄え、以来、世界一のスマート港を目指すべく、ロボット工学企業、先進製造業、新興企業を誘致してきた。
画像: ロッテルダム港、出典: TCT 興味深いことに、この最も忙しい港はイノベーションに非常に積極的で、オンデマンドで船舶部品を生産するために 3D プリント技術も導入しています。「イノベーション」はロッテルダム港にとって珍しい言葉ではありません。 1966年を例に挙げると、ロッテルダム港が初めて、長さ40フィートの二重扉の鋼鉄製箱に貨物を積み込むというアイデアを思いつき、コンテナの発明が初めて世界に登場しました。この発明は今では非常に単純で基本的なもののように思えますが、ロッテルダム港はあえて先頭に立った最初の港でした。ロッテルダム港は、革新的なエコシステム企業と協力して、よりスマートな海洋工学と物流を模索することで、この先駆的な精神を維持し続けています。

画像: 指向性エネルギー堆積金属 3D プリント、出典: TCT この戦略の一部である RAMLAB は、オンデマンドの認定金属部品を作成するために昨年 11 月にオープンした専用の付加製造施設です。ロッテルダム港の InnovationQuarter と RDM Makerspace が協力して建設したこの施設の最初のラボは、大型金属部品をオンデマンドで現地生産できれば、長いリードタイムが大幅に短縮され、在庫コストも削減できる可能性があることを示唆しています。 20 社を超える企業グループが専門知識を共有し、いくつかの典型的な海洋部品の例を使用して積層造形を適用できるかどうかを調査しました。最近のプロジェクトの 1 つは、Autodesk との 1 年間にわたるコラボレーションで、ハイブリッドの付加製造技術と減算製造技術による船舶用プロペラの製造を研究しました。

画像: 中空プロペラブレードのプロトタイプ、出典: TCT 「もちろんスティーブ・ジョブズでない限り、環境が人に適応するのではなく、人が環境に適応するのが常です」とオートデスクのケルビン・ハミルトン氏は語った。「私たちはパートナー組織に自信を持っています。なぜなら、1つの企業や個人がすべてを知っているわけではないからです。しかし、全員が積極的に参加できれば、目標をより早く達成できます。」

オートデスクは、まず単一のプロペラブレードを設計および構築し、ワイヤアーク積層造形 (WAAM) を実証することから始めました。WAAM は、機械仕上げの前に Valk 溶接ロボットのロボットアームを使用して、構築サイズの制限なしに大型部品を作成する溶接のような技術です。ケルビン氏は次のように説明しています。「WAAM は金属溶接ワイヤを原料として使用するため、これはアプリケーション側に非常に迅速に統合されます。つまり、SLM 技術に必要な特定の粉末は必要なく、廃棄物処理の問題もありません。そのため、港湾技術者はこれまで使用していた材料を引き続き使用できます。」

画像: 最終的なプロペラ、出典: TCT 今のところ、この材料の使いやすさが RAMLAB の成功の鍵となるようです。なぜなら、これまで海運業界では 3D プリント技術の導入が遅れていたからです。しかし、サプライチェーンにおける産業用スペアパーツの重要性から、3D プリント技術は将来的に大きな可能性を秘めていると考えられます。同連合は、まず最も困難な部分（プロペラの設計は現時点では積層造形技術では製造できない）に取り組むことで、3Dプリント技術がいかに強力であるかを実証することを目指している。

画像: 建設プロセス中の部品のチェック、出典: TCT 「私たちの業界は保守的ですが、常に新しいことに最初に挑戦する人がいなければなりません。私たちのオープンラボは、誰でも訪問して何ができるかを見ていただくよう招待しています」と、RAMLAB のマネージングディレクター、ヴィンセント・ウェゲナー氏は説明しました。「実験の結果を直接見れば、その可能性に気づくでしょう。」

最初のプロペラはステンレス鋼で作られる予定で、これは現在船舶部品に使用されている耐腐食性材料である船舶用ニッケルアルミニウム青銅に非常によく似ています。ステンレス鋼のテストはニッケルアルミニウム青銅の概念実証として役立ちます。航空宇宙産業などの産業とは異なり、造船業界では製品の重量に対する要件が厳しくないため、チームは固体材料からプロペラを作ることができます。しかし、ケルビン氏は、将来の投資収益率の点では、ジェネレーティブデザインや中空充填製品が依然として必要だと述べた。材料試験が完了すると、チームは海洋産業向けの添加剤ロードマップの構築を開始し、実際に海上を航行する船舶で実世界のデータを収集します。すべてが順調に進んだ場合、船上に設置して通常の使用を開始し、寿命と耐腐食性をさらにテストすることができます。

海に行ってもいいですか？
製品が完成すると、次の課題は認証とリスク管理組織となり、ロイドレジスターは RAMLAB と協力して WAAM の認証プロセスを処理しました。これまで AM には最適または標準化された認証システムがなく、同社は 2015 年に TWI と提携して以来、AM 部品の第三者認証を求めていました。

「RAMLAB プロジェクトは業界にとって大きな前進であり、WAAM などの付加製造プロセスの可能性を示しています」と、ロイドレジスターのイノベーション担当ディレクター、トムホワイト氏は説明します。「RAMLABでは、当社の専門家と担当者が幅広い業界の設計者、エンドユーザー、メーカーと連携し、製品ライフサイクル全体にわたって技術および安全規制の問題に関するガイダンスを提供し、協力しています。」

ロイドレジスターは、付加製造技術向けに特別に設計されたガイダンスノートおよびロードマップを公開しました。これは、安全性が重要視される業界で付加製造された部品を使用するためのガイダンスを提供します。現在、彼らはその知識と経験を活かして、付加製造された部品とプロセスを安全に市場に投入できるよう支援しています。ヴィンセント氏によると、RAMLAB では、信頼性が高く、繰り返し可能な製品を確保するために、WAAM プロセスを監視する方法の改善に取り組んでいます。

トムは次のように付け加えました。「これらの製造プロセスと製品に認証と品質保証を提供することで、生産プロセスの仕様と使用法を満たす限り、パートナーがそれぞれの異なるプロジェクトに合わせて完全にカスタマイズされたソリューションを開発できるようサポートします。」

クリエイティブハブ
RAMLABと他のいくつかの技術系スタートアップ企業は、ロッテルダム港内の幅広いアイデア集団の一部であり、その中には環境に優しい素材を開発するMgAubel、内陸船舶にリアルタイム情報を提供するソフトウェア会社AIS Buddy、一度に500kgのゴミを水中から除去できる先進的な水中ドローンWater Sharkなどがある。

RAMLAB のサプライチェーンの理解によれば、それらはフォルダーのデータリポジトリのようなものです。従来の方法で製造された部品の輸送に数週間、あるいは数か月を費やす代わりに、独自の金属 3D プリンターを使用して、数日以内に部品の製造を完了し、直接ドックに配送することができます。海洋設備（石油掘削プラットフォームなど）の内部部品の製造において、材料ロスを少なくしたり、はんだ付けで一体化したりすることができます。

まだ開発の初期段階にあるが、世界中の港が興味を示しており、いずれもこのデジタルエコシステムへの参加を望んでいる。ヴィンセント氏は、このエコシステムは「Google Android Mobile Alliance」と同様の効果を生み出すだろうと語った。ロッテルダム港は、この分野の Google となり、このコンセプトを使用してインダストリー 4.0 の標準に従って海洋産業を発展させることで他の港をリードしたいと考えています。

ヴィンセント氏はこう付け加えた。「私たちは、世界一のスマート港を目指すロッテルダム港の戦略の一部にすぎません。私たちはパズルの小さなピースの1つにすぎません。」

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
世界初の認定を受けた3Dプリント金属製船舶用プロペラ：直径1.35メートル、重量400キログラム

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