3Dプリントされた超柔軟な自動車フレーム - 道路状況に合わせてカスタマイズ可能

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-6-28 19:36 に最後に編集されました。

2013年には世界初の3Dプリント自動車「Urbee 2」が登場し、3Dプリントは自動車製造業界に旋風を巻き起こしました。現在、アウディ、BMW、フォルクスワーゲン、トヨタなどの有名自動車ブランドが、設計や製造に3Dプリントを活用し始めています。

3D プリント技術と従来のプロセスの組み合わせは、現在の自動車業界で主流の選択肢になりつつあります。ドイツの自動車開発企業EDAGエンジニアリングは、レーザー溶接会社Laser Zentrum Nord（LZN）、3Dプリント大手Concept Laser、イタリアのレーザー切断専門企業BLMグループと提携し、3Dプリント、レーザー溶接、レーザー曲げなど、それぞれの専門知識を活用して、軽量で柔軟性があり、生体に最適化された次世代自動車フレームNextGenを開発しました。

この共同プロジェクトでは、ドイツのヴィースバーデン、ハンブルク、リヒテンフェルスの各社とイタリアのカントゥ社が、バイオニックに最適化されたハイブリッド製造のスペースフレームを通じて、柔軟な製造を必要とする車体設計をどのように実現できるかについて、新たな視点を示しています。このテクノロジーは、付加的に製造されたボディノードとインテリジェントに処理されたプロファイルを組み合わせます。付加製造技術の助けを借りて、高い柔軟性と汎用性を備えたノードを設計できるため、追加のツールや初期費用を必要とせずに、さまざまな自動車モデルを「オンデマンド」で生産できます。
次世代のスペースフレーム技術パラダイムにより、機能的に統合され、バイオニックに最適化された車両軽量構造の柔軟な生産が可能になります。ジェネレーティブハイブリッド製造方法を使用して生産されるバイオニックに最適化されたスペースフレーム設計は、荷重クラス固有の車体に対する可変的で極めて柔軟な生産コンセプトを実現する方法について新しい視点を提供します。

次世代スペースフレームは、積層製造された 3D ノードとインテリジェントに処理された鋼プロファイルの組み合わせで構成されています。ノードは、さまざまな車種に応じて、JIS（Just In Sequence）方式を使用して現場で製造できます。焦点は、トポロジー最適化された構造を生成するために個々のコンポーネントをハイブリッド構造に結合することにありますが、これはまだ不可能です。
接続は、溶接継ぎ目が小さく、入熱量が低いレーザー溶接を使用して行われます。その幾何学的根拠は、プロファイルを完全に挿入する必要があるということであり、これはプロファイルを 3D 測定し、必要に応じて積層造形することによって実現できます。このタイプの接続により、コンポーネントの事前配置が適切に行われながら、より長い接続長さにわたって全円溶接が可能になります。プロファイルはノードを介して自動的に位置合わせされ、固定されます。ディスクレーザーとロボット誘導光学系を使用します。さらに、プロファイルとノードの製造に使用されるレーザー技術により、組み立てプロセスの高度な自動化が可能になります。この設計は、コスト構造と時間の節約の点で大きな可能性を秘めています。
3D プリントされたノードはさまざまな負荷レベルに合わせて調整できます。たとえば、負荷要件が高い場合は補強要素を追加できます。このようにして、各車両モデルを重量と機能性の面で最適化することができます。パートナー間の学際的な協力と個々の技術専門家の高い能力によってのみ、このプロジェクトは成功裏に実現することができました。

次世代宇宙建築ノードの 3D プリントプロセスでは、 3D-CAD ファイルに基づいてレイヤーごとにコンポーネントを直接生成できます。この方法により、ツールを使用せずに複雑な形状のコンポーネントを製造できます。従来の製造プロセスでは製造が非常に困難または不可能な部品を作成できます。この設計のノードは、従来の鋼鋳造プロセスを使用して製造することはできません。欠陥のない構造を確保するためには、支持構造を施工プラットフォームに対して 45° 未満の角度の平面上に設計する必要があります。このサポート構造は、単純なサポート機能に加えて、主に内部応力に耐え、コンポーネントの反りを防ぐために使用されます。ノードの形状は複雑であるため、適切なサポートの準備が生産を成功させる基礎となります。サポートの準備が終わったら、パーツを仮想的に個々のレイヤーにカットします。データが LaserCUSING デバイスに転送された後、対応するプロセスパラメータが割り当てられ、構築プロセスが開始されます。ノードは、このプロジェクトに適した構築スペース (630 x 400 x 500 mm3) を備え、1 kW レーザーを搭載した X ライン 1000R を使用して製造されました。

スペースフレーム設計は、柔軟性や軽量構造の可能性などの 3D プリントの利点と、プロファイル構造の実証済みの経済性を兼ね備えています。どちらの技術も、レーザーが中心となっています。トポロジー最適化されたノードは、最大限の軽量化と高度な機能統合を実現します。ノードとプロファイルはどちらも、コストを増やすことなく、ジオメトリと負荷要件に合わせて調整できます。したがって、負荷レベルに応じて個々の部品を設計することが可能になります。車両モデルの要件に応じてノードプロファイル構造の設計を最適化することが主な考え方であることがわかります。その結果、荷重経路が最適化されたスペースフレームを備えた構造が実現しました。より少ない設備と工具の使用でこの方法を採用することにより、将来的にはあらゆるタイプの車体を経済的かつ最大限の柔軟性で製造できるようになります。

Concept Laser GmbH はドイツの独立企業です。当社は 2000 年の創業以来、レーザー溶融技術の分野でイノベーションを推進し、特許取得済みの LaserCUSING 技術でさまざまな業界で活躍しています。 LaserCUSINGはそのような技術です。この融合方式は、3D CAD データを使用してレイヤーごとに部品を生成する融合技術です。このプロセスでは、粉末金属が高エネルギーファイバーレーザーによって局所的に溶融されます。冷却後、材料は固まります。ミラー偏向ユニット（スキャナー）は、レーザービームを偏向させて部品の輪郭を作成します。ビルドボリュームフロアを下げ、粉末を再塗布して再度溶融することで、コンポーネントは層ごとに（層の厚さ 15～500 μm）構築されます。この方法では、金型を使用せずに複雑な形状の部品を製造できますが、これは従来の製造方法では困難または不可能です。

Concept Laser マシンは、連続的に処理する必要があるスライス分割をランダムに制御する機能を備えています。この特許取得済みの方法により、非常に大きな部品を製造する際のストレスが大幅に軽減されます。
LaserCUSING テクノロジーは、輪郭に近い冷却システムを備えた金型インサートの製造や、宝石、医療、歯科、自動車、航空宇宙産業向けのコンポーネントの直接製造に使用できます。試作品、量産部品ともに製造可能です。。
コンセプトレーザーのレーザー加工装置は、ステンレス鋼、熱間加工鋼、コバルトクロム合金、ニッケル基合金粉末材料、アルミニウム合金やチタン合金などの反応性金属粉末材料を加工できます。
LaserCUSING は、次のような幅広い業界で経済的かつ迅速な製品開発の新たな可能性を切り開きます。
• 医療および歯科
• 航空宇宙産業
• 工具および金型製作
• 自動車製造およびモータースポーツ
• アクセサリー
• 機械製造

将来の車体、特に各種小型車向けの代替駆動システムに関しては、軽量化だけでなく、設計の高度な柔軟性も求められます。ご想像のとおり、その結果、車両の派生モデルが増加し、自動調整機能があり、製造コストが安い車体設計が求められるようになります。この点で、付加製造技術は近い将来にまったく新しい実現可能な道を切り開く可能性があります。

アンタークティックベア編集者は、複数の技術を駆使して作られたNextGen構造は、自動車産業の未来を示す良い例だと考えています。 3D プリントとハイブリッド製造技術の急速な発展により、このようなデザインはますます増えていくと思います。その時までに、大量輸送手段である自動車は、きっとより多様化し、私たちの生活にさらなる興奮をもたらしてくれることでしょう。

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