東海大学は3Dプリントを使用して、従来の製造よりも効率的でコスト効率の高い高精度のヘッドライトレンズを実現しました。

この投稿は Bingdunxiong によって 2025-1-15 13:09 に最後に編集されました

2025年1月15日、南極熊は、中国台湾の東海大学の研究チームが研究を通じて、ヘッドライトレンズの製造における3Dプリント技術の利点を明らかにしたことを知りました。この技術は、従来の製造方法の限界を克服するだけでなく、多様化した製品の生産に高い柔軟性と性能を提供します。

△研究者らは3Dプリント技術を使って自動車のヘッドライトレンズを生産している。研究チームリーダーの葉佳紅氏は、従来の製造技術はコストが高く、納期が長く、生産量が少ないなどの問題に直面することが多いと指摘した。この研究では、ヘッドランプレンズをケーススタディとして取り上げ、従来の製造方法に代わる 3D 印刷技術の可能性を探り、業界におけるより迅速な製品検証プロセスの構築に取り組んでいます。

△研究成果は「3Dプリント技術を用いたヘッドライトレンズの製造工程の代替」と題して、Applied Optics誌に掲載された（ポータル）
葉佳宏氏はさらにこう述べた。「3Dプリント技術は光学部品製造の分野で大きな潜在力と将来性を持っています。製品設計のプロトタイプを素早く作成できるため、設計者やエンジニアは設計の美観、構造、機能を素早く検証できます。さらに、この技術は複雑で革新的な設計を実現し、新モデルの開発サイクルを短縮し、市場競争力を向上させることもできます。」

イェ・ジアホン氏とともに研究を主導した博士課程の学生、ウェイミン・チェン氏は次のように付け加えた。「3Dプリント技術の柔軟性は、市場の変化に素早く対応し、カスタマイズやパーソナライゼーションのニーズを満たすことができる光学部品の製造に新たな可能性をもたらします。技術が進歩し、最適化され続けるにつれて、3Dプリント技術は将来、光学部品の製造においてさらに重要な役割を果たすようになると期待しています。」

△ヘッドライトレンズ試作モデル
現代の製造業

光学プラスチック業界の発展に伴い、市場は徐々に多様化した製品を提供し、カスタマイズされたニーズを満たす傾向にあります。従来の大量生産モデルは、一貫した品質を重視していましたが、現在は小ロット生産やよりパーソナライズされたソリューションに置き換えられつつあります。従来のレンズ金型は高価であり、製造業者は生産に入る前に詳細な財務リスクと利益の評価を実施する必要があり、意思決定プロセスが長引いてしまいます。

「さらに、製品設計が複雑になるにつれて、金型設計と製造プロセスも複雑になり、生産がさらに遅くなります」とイェ氏は言います。「急速に変化する市場で競争力を維持するには、製造設計能力がこれらの要求に迅速に適応できなければなりません。」

本研究では、研究チームは自動車のヘッドライトレンズを例に、生産における3Dプリント技術の応用可能性を探り、CNC加工やリバースエンジニアリングなど、光学部品に一般的に使用されている従来の加工方法と比較しました。研究者らは、実際のニーズに基づいて適切なプロセスと材料を選択し、さまざまな製造プロセスを通じてテスト製品を製造し、光学部品の製造における3Dプリント技術の実現可能性と利点を検証しました。

△ 研究者らが3Dプリントヘッドライトレンズの透明性を直感的に実証
プロセスの比較

研究者らは、光透過率、表面プロファイル、曲率半径、直径、高さ、表面粗さなど、ヘッドランプレンズの主要な特性を詳細に測定し、異なる製造方法の結果を評価しました。 3D プリントされたレンズは、曲率半径の誤差が最小限で表面粗さが優れており、透過率は 93% でした。これは、CNC 機械加工サンプル (94%) や 2 つのリバースエンジニアリングレンズ (91% と 94%) の透過率に匹敵し、市販のポリカーボネートレンズの 90% を上回りました。

△ヘッドライトレンズ製品 (a) 3Dプリント、(b) CNC加工、(c) リバースエンジニアリング（MU-60）、(d) リバースエンジニアリング（8016T）
テスト中、研究チームは8時間の印刷サイクルで14個のヘッドライトレンズを製造することに成功し、樹脂材料のコストは約30ドル（約210人民元）でした。この結果は、3D プリントが単発のプロトタイプの製造に適していることを証明するだけでなく、小ロットや多品種の製品における運用効率の向上と生産時間の短縮にもこの技術が役立つ可能性を示しています。

「3D プリント技術には、複数のコンポーネントを 1 つの構造に統合し、製造コストを削減し、組み立てプロセスを簡素化するなど、いくつかの重要な利点があります」と Ye Jiahong 氏は述べています。全体として、3D プリントは光学アプリケーションにおける設計の柔軟性、コスト効率、持続可能性を向上させ、技術が進歩し続けるにつれて、業界の変化を推進する重要な力となるでしょう。

この研究ではヘッドランプレンズのさまざまな製造プロセスを評価しましたが、実際の条件下でのレンズの性能を完全に理解するには、さらなる研究が必要です。研究者らは、特定のヘッドランプモジュール構成について詳細な研究を実施し、ランプ温度、動作環境、構造設計などの内部要因を評価して、研究結果を実際のアプリケーションに効果的に応用できるようにする予定です。

東海大学は3Dプリントを使用して、従来の製造よりも効率的でコスト効率の高い高精度のヘッドライトレンズを実現しました。

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