3D プリントはどのような自動車用途に適していますか?

この投稿は、Dongfang Xiong によって 2015-10-29 09:43 に最後に編集されました。

3Dプリントは大変人気があり、現在、自動車のシャシー、内装、外装など多くの部品が3Dプリントで生産されているだけでなく、「車両全体」のプリントも何度も実証されており、世界の注目を集めています。現段階で、自動車製造業界において 3D プリンティングはどのような用途に適していますか?

革新技術が絶えず出現する時代において、「3Dプリント」は非常に人気があり、多くの業界で応用されています。自動車および部品製造は、3Dプリント技術を推進する重要な分野です。現在、自動車のシャシー、内装、外装など多くの部品がABS樹脂やカーボンファイバー材料を基本材料として3Dプリント生産を実現することに成功しているだけでなく、「車両全体」の印刷も何度も実証されており、印刷時間はますます短くなり、技術レベルはますます高くなり、世界中の注目を集めています。

3Dプリントは原理的にはラピッドプロトタイピング技術の一種で、「付加製造技術」とも呼ばれています。デジタルモデルファイルを基礎として、粉末金属やプラスチックなどの接着材料を使用し、コンピューターで制御し、層ごとに印刷することでオブジェクトを構築する技術です。材料を数層積み重ねることで立体感を実現します。

現在、3D 印刷技術には、材料溶融押し出し FDM、バインダージェッティング 3DP、材料液滴ジェッティング、粉末平面溶融、直接エネルギー堆積 LENS、薄材料オーバーレイ LOM、および感光性樹脂平面 SLA の 7 つの基本的なタイプがあります。その中で、FDM、粉末積層溶融法、SLAは自動車産業の製造に応用されており、自動車部品だけでなく、多くの企業が自動車の「全体」を印刷するという大胆な試みを始めています。
1. 3D プリント自動車世界初の 3D プリント自動車である Urbee 2 は、2013 年に発売されました。この自動車は、ほとんどの部品が 3D プリントで作られたハイブリッド自動車です。シャーシ、電源システム、電子機器に加え、Urbee 2 の 50% 以上は ABS プラスチックから印刷されており、これには 2,500 時間がかかりました。

2014年、Local Motorsは3Dプリント技術を使用してStratiを製造しました。この車には40個の部品しかありません。パワートレイン、サスペンション、バッテリー、タイヤ、ホイール、配線、電気モーター、フロントガラスに加えて、シャーシ、ダッシュボード、シート、ボディなどの残りの部品はすべて3Dプリンターで印刷されています。使用される材料は炭素繊維強化熱可塑性プラスチックです。全体の印刷時間はわずか44時間です。ストラティは最高時速40マイル（時速約64キロメートル）に達し、1回の充電で120～150マイル（約190～240キロメートル）走行できる。

EDAG は今年、3D プリントのコンセプトカー「LightCocoon」を 2015 年ジュネーブモーターショーに出展しました。新車の外殻の重さは 1 平方メートルあたりわずか 19 グラムで、これは A4 用紙の 4 分の 1 に相当します。この車は、普通の車のシェルデザインを捨て、3Dプリント技術を使って独特な形状を作り出し、その特殊素材は「バイオニクスに最適化された車体構造」と「耐候性のある繊維シェル」を備えているだけでなく、ほこりのように軽い。新型車は全体的にバックライトデザインを採用しており、そのデザインは葉の質感や葉脈にインスピレーションを得ています。
2. 3Dプリントの利点従来の製造業におけるCNC加工などの「減算型製造技術」と比較すると、3Dプリント技術の魅力は、主にコンピュータグラフィックスデータから任意の形状の部品を直接生成できることにあります。これにより、複雑な構造金属部品の開発と型開きのプロセスが不要になり、新製品の開発サイクルが短縮され、より多くの人手、資金、時間を節約できます。また、製造コストが低く、開発サイクルが短く、生産効率が高いなどの明らかな利点があります。

さらに、設計の初期段階で 3D プリント技術を使用して製品組み立ての実現可能性を検証することで、製品設計のエラー、複雑なコンポーネント、またはプロトタイプ原理の実現可能性を迅速に発見できます。

複雑な形状、微細なサイズ、製造が難しい部品の製作も3Dプリント技術の強みです！ 3D プリント技術は、その原理からすると大量生産には速くなく高価ですが、材料をゼロから蓄積し、従来の処理方法に制限されず、ほぼあらゆる形状の製品を生産することができます。例えば、複雑だが非常に精密な穴のある部品を作る必要がある場合や、中空の細い腕の部品を作りたい場合、3Dプリント技術は従来の加工技術よりも高速で便利です。最も重要なのは、3D プリント技術によって部品の製造が職人技に制限されなくなり、アイデアに大きく依存するようになったことです。部品が奇抜であればあるほど、また従来の加工技術では加工できないほど、3D プリント技術を活用できるようになります。このプロセスでは、従来のプロセスと比較したコスト削減も、ユーザーにとって 3D プリントの最大の魅力です。
3. 従来の自動車製造業界と比較すると、現在の 3D プリントの応用は生産能力がまだ比較的低く、大量生産が困難です。また、安全性などを考慮する必要があるため、原材料の品質とコスト要因のバランスを取ることが難しく、車両1台あたりの生産コストが過度に高くなることも、現段階では3Dカーの商品化を制限している。

この段階では、3D プリントの応用は、設計分野や自動車の研究開発段階、さらには完成車のクレイモデル、ボディ、シャーシ、シンクロナイザーなどの部品の開発、ゴムやプラスチック部品の単一部品生産などの単一部品の小ロット生産に適している可能性があります。

設計分野では、3Dプリントのラピッドプロトタイピング特性により、自動車メーカーは自動車の外観デザインの研究開発にそれを応用することができます。従来の手作りの粘土モデルと比較して、3D プリントは 3D 設計図をより短時間でより正確に物理的なオブジェクトに変換できるため、自動車設計レベルでの生産効率が向上します。現在、メルセデス・ベンツ・デザインセンターなど、多くの自動車メーカーが設計に3Dプリント技術を活用し始めています。

部品分野では、3Dプリント技術により複雑な形状の製品も迅速に生産できます。従来の自動車製造業界では、自動車部品の開発には長期間にわたる研究開発とテストが必要になることがよくあります。研究開発からテスト段階まで、部品の金型を作る必要があり、時間がかかるだけでなくコストもかかります。問題が存在する場合、その部分の修正には同様に長い時間がかかる可能性があります。 3D プリント技術により、複雑な形状の部品を素早く製造できます。テスト中に問題が発生した場合は、3D ファイルを修正して再印刷し、再度テストすることができます。 3D プリント技術により、将来の部品の開発コストがより低く、効率的になると言えます。

4. 3DプリントとCNCの組み合わせ

3D プリント技術は、従来の複雑な製造プロセスを簡素化し、材料分野の困難な問題を解決することに成功していますが、現在の開発状況から判断すると、3D プリント技術の応用をどのように拡大するかという点において、まだいくつかの問題が残っています。また、技術的な設備、新しい材料、設計ソフトウェア、品質と安全性、公共環境によっても制限され、影響を受けます。

さらに、3Dプリントは従来のCNC加工を完全に置き換えることはできません。この2つにはそれぞれ独自の利点もあります。CNCの加工精度は3Dプリントよりも高く、3Dプリントで製造できる部品の複雑さはCNCよりもはるかに高くなります。 3D プリントは、従来の加工方法の重要な補足です。その主な機能は、置き換えることではなく、補足することです。したがって、3D プリントと CNC の組み合わせは非常に良い形です。

今後、3Dプリント技術の個別化、複雑化、難解化の特性と、従来の製造業の規模、バッチ生産、精緻化を組み合わせ、さらに製造技術、情報技術、材料技術と組み合わせることによってのみ、自動車製造業界における3Dプリント技術の革新的発展を継続的に推進することができます。

出典: 自動車業界におけるAI

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