研究室から生産ラインまで、3Dプリントの未来は軽量自動車の未来です

出典: 積層造形技術フロンティア

3Dプリント自動車は大きな進歩を遂げていますが、大量生産の時代に入るにはまだ時間がかかるかもしれません。 3D プリント自動車プロジェクトのほとんどは、プロトタイプか 3D プリント自動車部品のいずれかです。最適化、設計、持続可能性の面で大きな進歩があったにもかかわらず、3D プリント技術では、まだ自動車全体をプリントすることはできません。この場合、3D プリントは単なる小技であり、自動車産業の生産システム全体の中ではあまり意味がないと考える人もいます。しかし、そうではありません。

自動車産業は3Dプリントの主な応用市場となっている<br /> 今日、自動車産業は 3D プリント技術にとって最も重要な市場となっています。自動車の3大部品のようなコア部品を大量かつ低コストで高効率に生産することはまだ不可能ですが、他の面では、3Dプリンティングは確かに優れた代替の役割を果たすことができ、車両全体の生産チェーンにおけるアイシングのようなものです。

すべてのアプリケーションを見ると、3D プリンティングは、プロトタイピング、軽量化、複雑な最終用途部品、ツールの 3 つの主要領域で役割を果たしています。

3D プリントによるプロトタイピングは現在でも広く使用されており、さまざまな部品の迅速な開発とテストを可能にしています。さまざまな機械的特性を持つ多様な材料を製造できるため、この利点は多くのメーカーによって自動車内装部品の製品設計や研究開発段階の評価に応用されています。ステアリングホイール、ダッシュボード、エアコンの排気ファン、車のジョイスティックなど、さまざまな材料とプロセスで作られた部品はすべて、3D プリント技術と機器の助けを借りて試作できます。

ポリマー 3D プリント材料は、さまざまな種類の自動車部品に使用できます (出典: BASF Forward AM)

近年、材料や技術の進歩により、3Dプリントは最終部品の製造にも利用されるようになり、特に構造が複雑な軽量部品、車両の生産中止により不足しているスペアパーツ、カスタマイズされた部品などに利用されるようになりました。 Sculpteo の最近の調査によると、昨年 3D プリントを使用した企業の 50% は、最終用途部品の製造に使用しました。

2017 年、メルセデス・ベンツは製造業の変革において重要な一歩を踏み出しました。鋳造アルミニウム合金から 3D プリントされたメルセデス・ベンツトラックのサーモスタットなどの金属部品を 3D プリント技術を使用して製造したのです。それだけでなく、メルセデス・ベンツは、このリンクが厳格な品質テストをすべてクリアしたと述べている。

日本企業も生産ラインに3Dプリントを切り札として取り入れている。ホンダの研究開発部門は、ソフトウェア会社オートデスクと連携してクランクシャフト部品を設計し、3Dプリント技術を使用してサンプルを製造し、車両の軽量化とエンジンの燃費向上を実現した。クランクシャフト部品の特殊な材質と製造工程により、クランクシャフトの全体構造はエンジンの誕生以来ほとんど変わっていません。現在、ホンダの設計ソリューションは3Dプリント技術の応用により、従来の製品に比べて30％の軽量化を実現しており、これは新たなブレークスルーと言える。さらに、ホンダは、3D プリント技術とインテリジェント設計ソリューションを活用して、自動車部品の設計を最適化することに取り組んでいます。ホンダはこれまで、シートベルトブラケット、エンジン制御ユニット、フレームなど、多くの種類の自動車部品を改良し、3D技術を活用して車体部品の軽量化も実現してきた。

メルセデス・ベンツの3Dプリントトラックサーモスタット
3D プリント技術を導入すると、生産性が向上し、コストが削減されるだけでなく、大量カスタマイズの道も開かれます。今日では、OEM はパーソナライズされた部品も提供し、自動車用のカスタマイズされた部品を提供することができます。ポルシェは3Dプリント技術を使用して、新しい形のフルバケットシートを開発しました。このシートは人間工学に基づいた設計であるだけでなく、より軽量で乗り心地も良く、量産車の顧客にレーシングスポーツを体験する機会を提供します。ポルシェは、サーキット走行用に6点式シートベルトを装備した、ポルシェ911および718シリーズモデル向けの3Dプリントカスタムシートを2020年に40台限定で生産する予定だ。ポルシェはこれらの顧客からのフィードバックを受けて、2021年半ばにパーソナライズされたカスタマイズサービスを開始する予定です。

工具と治具は、自動車分野における 3D 印刷技術のもう一つの重要な用途です。 CNC 加工と比較すると、3D プリントされた治具と固定具は、製造時間が 75% 短縮され、材料の無駄が少なくなり、操作の複雑さが増すこともなく、実質的に労力をかけずに製造できます。 2014 年、フォルクスワーゲングループのポルトガル工場は、従来の製造業者を完全に置き去りにして、工具や治具を直接製造するために 7 台の FDM プリンターを購入しました。オンサイト製造機能により、多くの不確実性が回避されます。プリンターへの投資は 2 か月以内に迅速に回収され、製造コストが大幅に削減され、スペアパーツの在庫も必要ありません。さらに重要なのは、3D プリントを使用して製造された固定具が使用要件を完全に満たしていることです。 2016 年、ポルトガルの工場では約 1,000 個のツール部品を 3D プリントし、これがフォルクスワーゲングループ全体のベストプラクティスとなりました。現在、工場の工具と治具の 93% は、オンデマンドで社内製造されており、時間の節約とコスト面での大きな利点があります。プロトタイプや治具に社内の3Dプリントを使用することで、工場は2016年に開発コストを16万ユーロ節約し、2017年には32万5000ユーロに達し、91％のコスト削減を達成しました。同時に、開発時間も95％短縮され、製品発売のスピードが大幅に加速しました。

3D プリントされたロボットの最終ライングリッパーは、自動車製造プロセスに 3D プリント技術を統合する取り組みのほんの一部にすぎません。 BMW、フォルクスワーゲン、フォード、ホンダなどの自動車メーカーは、それぞれの設計センターで3Dプリントが自動車の生産と製造にもたらす可能性を模索しています。従来の自動車製造プロセスと比較して、3Dプリント技術は自動車メーカーのコストをさらに節約し、研究開発から市場投入までの時間を短縮することができます。 3Dプリンターは24時間稼働し、受信したデータに基づいて逆生産を実行できるため、自動車製造プロセス全体がより柔軟になり、自動車製造業界の効率が向上します。

3Dプリントが電気自動車業界の「ゲームのルール」を変える
電気自動車業界にとって、3D プリントは「ゲームチェンジャー」となるかもしれません。現在、走行距離の限界に対する消費者の懸念が、電気自動車の普及に対する大きな障害となっています。車両を軽量化することで、燃費が向上するだけでなく、走行距離も伸びます。

軽量製造は自動車産業の重要な発展方向となり、3Dプリント技術の出現と応用により、軽量自動車製造の目標がより達成しやすくなりました。電気自動車市場の絶対的なリーダーであるテスラを例に挙げると、テスラは多軸ポリマー DED プロセスを使用して、射出成形部品の表面に材料を堆積させ、目的の形状を再生しているようです。部品の修復に関する同様の手法は金属クラッディングでは一般的ですが、ポリマー部品の製造ではまだ見られません。 Stratasys と Siemens (および Boeing と Ford) は、主に複合材料の堆積を目的としたこのタイプの 3D プリントハードウェアの開発に取り組んできました。

テスラモデルYの一体型フレームは、元々70個の部品を2つの大きな部品に統合したもので、これを基にテスラモーターズは3Dプリント技術をより広く採用し、生産効率を向上させたいと考えている。最近、テスラは最新の求人広告を発表し、米国ネバダスーパーファクトリーで積層造形技術者を募集しました。この広告では、積層造形事業の急速な発展について言及しています。テスラは3Dプリント技術の可能性に楽観的であり、将来的にはより多くのアプリケーションに投資する可能性があることがわかります。

しかし、テスラは自社が使用する3Dプリント技術を厳重に秘密にしているが、構造統合と軽量化の組み合わせは、新エネルギー車が技術開発の最前線に立つための大きな取り組みである。新エネルギー車の設計は急速に変化しており、生産量は変動しています。メーカーが革新的な生産コンセプトを追求するには、新エネルギー車の生産において柔軟性と生産性のバランスを取ることが求められます。 3D プリント技術を使用して車両全体を製造することは、人々が狂気の沙汰だと思っているにもかかわらず、すでに生産ラインから出荷されています。

イタリアのXEVは、付加製造（3Dプリント）の世界的リーダーであり、「インターネット+インダストリー4.0+スマート電気自動車」を統合した新興の自動車製造会社です。チームはBMWやフォルクスワーゲンなどの有名自動車会社出身者で構成されています。 XEV は、自動車の製造コストを削減し、高度にカスタマイズされたニーズを満たすために、自動車の研究開発と生産に 3D プリント技術を応用した先駆者です。

XEVの革新的な自動車工場の中核は、インテリジェントな付加製造ソリューションです。複数の自動車グレードのインテリジェント3Dプリンターの連携により、環境に優しく、効率的で低コストの自動車3Dプリント生産ラインが実現します。 XEV の革新的な自動車工場は、従来の自動車生産ラインと比較して、コストと新車開発時間を最大 90% 削減できます。
XEVのLSEV電気自動車の各部品を3Dプリントするにはどれくらい時間がかかりますか？
XEVの製品YOYOは、すべて3Dプリント技術を使用して製造されており、まだ最初の試作車であるにもかかわらず、YOYOは現在複数の認証を取得しています。世界初の量産3Dプリント新エネルギー車として、その最大の特徴は安全性です。 3Dプリントの複雑な構造により、部品の強度が向上するとともに、車両全体の安全性と信頼性も向上します。

XEV の目標は、都市内でのユーザーの通勤方法を変えることです。革新的な付加製造方法を通じて、製品のパーソナライズされたカスタマイズを実現し、最終的にはユーザーの移動習慣とライフスタイルを変えることができます。 XEVは香港と上海に研究開発センターと営業所を持ち、2025年までに年間輸出量で中国最大の新エネルギー車企業になることを目指している。

3D プリント技術の使用により、自動車会社のニーズをよりよく満たすことができます。競争の激しい自動車製造業界では、大量生産の前に製品をテストし、カスタマイズされたアクセサリを低コストで製造するために 3D プリント技術を使用するメーカーが増えています。現在主流の3Dプリント技術はサンプル生産段階に留まっており、大規模生産段階に入ることはできませんが、サンプル試作段階だけでも企業は多大なコストと時間を節約できました。将来、3D プリントは自動車製造業界に大きな進歩をもたらし、YOYO のような大量生産された 3D プリント新エネルギー車が自動車購入リストにますます多く登場するようになると思います。

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