間接3Dプリンティングによるインテリジェント製造 - 軽量車両向けの高付加価値付加製造ソリューション

出典: サブリメーション 3D

炭素排出基準がますます厳しくなるにつれ、車両の軽量化は世界の自動車業界の共通の目標となっています。欧州自動車工業会の調査によると、車両質量が100kg減少するごとに、100kmあたりの燃料消費量を0.4L削減でき、炭素排出量を約1kg削減できるとのことです。近年、新エネルギー車の急速な発展と普及に伴い、新エネルギー車の研究開発では軽量化にますます重点が置かれるようになりました。新エネルギー車の重量が10％軽減するごとに、航続距離が5％～6％伸びると報告されています。そのため、軽量化は新エネルギー車にとって、エネルギーを節約し、消費量を減らし、航続距離を伸ばすための重要な技術的道筋の1つでもあります。

▲軽量車両の利点：省エネと排出ガス削減は、自動車業界が常に重視している課題です。車体の軽量化は、自動車メーカーにとって常に重要な研究開発課題です。数キロの軽量化が、自動車の性能に影響を与えます。しかし、従来の製造技術の限界により、一部の革新的な構造や材料には「設計はできても製造できない」という問題があります。積層造形（3Dプリント）技術は、コンピューターのモデルデータから任意の形状の部品を直接生成できるため、従来の製造では製造が難しい部品の製造が可能になります。さらに、3D プリント技術の継続的な進歩により、自動車製造分野では軽量自動車部品の開発とテストに 3D プリント技術がますます採用されるようになっています。

▲3Dプリントで設計・製造された自動車用軽量構造部品（出典：Sublimation 3D）
現在、軽量化技術は自動車製造業界の重要な発展方向となっています。自動車部品は、炭素繊維、アルミニウム合金、マグネシウム合金などのより軽量な材料を使用することに加え、車両の重量を軽減し、燃費と耐久性を向上させることができます。また、構造サイズの最適化、形状の最適化、トポロジーの最適化などにより、設計性能を満たしながら軽量な構造設計を実現し、自動車の構成材料を空間的に可能な限り合理的に配分することで、より軽量な構造部品を得ることも可能です。しかし、自動車の構造部品を製造する場合、不規則な幾何学的形状がより一般的であり、従来の旋削プロセスでは実現できません。 3D プリント技術は、金型を使わずに複雑な構造を形成でき、材料を層ごとに積み重ねることができるという特徴があり、高度なカスタマイズと柔軟な生産を実現できると同時に、生産プロセスにおける廃棄物やコストを削減できます。

▲トポロジー最適化された軽量電気エンジンブラケットサンプル（出典：Sublimation 3D）
PEPは軽量車両に新たな技術的道筋を提供する

粉末押出印刷技術（PEP）は、Sublimation 3Dが発表した「3D印刷+粉末冶金」を組み合わせた金属/セラミック間接3D印刷技術です。この技術では、バインダーと金属/セラミック粉末を混合して粒状材料に造粒し、3D プリンターシステムで加熱して溶融ペーストにした後、押し出して層ごとに積み重ね、構造部品のグリーンボディを印刷します。その後、脱脂や焼結などの粉末冶金プロセスと組み合わせて後処理を行い、最終的な高性能部品を得て、実際の用途のニーズを満たす構造部品が得られます。 PEP 技術は、粉末冶金プロセスにおける金属およびセラミック材料に広く適用可能であり、複雑な構造、軽量設計、一体成形を備えた構造部品を生産できます。
▲粉末押出印刷技術（PEP）
PEP 技術は、エンジンブロック、トランスミッションシステムコンポーネント、シャーシ、ボディ構造などの軽量自動車部品の製造に使用できます。例えば、自動車金属部品の3Dプリントにおける格子構造充填設計の場合、設計エンジニアはUPrise3Dスライスソフトウェアの充填設定機能を使用して、部品モデルの指定された領域に独自の格子設計を実行します。 PEP プロセスにより、複雑なモデルの印刷と脱結合焼結が可能になり、部品の構造的剛性と完全性を犠牲にすることなく軽量設計と製造が実現し、強度対重量比が効果的に向上し、材料コストと廃棄物の発生が削減され、自動車製造業界の持続可能な開発要件に対する新しい技術的道筋が提供されます。

Sublimation 3Dは自動車製造業界に高価値の間接3Dプリントソリューションを提供します

現在、積層造形技術は自動車部品製造の分野で広く利用されています。 PEP 技術は、軽量部品の製造に加えて、エンジン部品、ブレーキシステム、サスペンションシステム、シャーシ部品、ホイールなど、自動車のラピッドプロトタイピング、修理、改造などの分野でも使用できます。 PEPテクノロジーにより、自動車メーカーは部品をより自由に設計・製造し、製品の性能と革新性を向上させることができるほか、市場の需要や顧客の要件に応じて迅速な製造やカスタマイズ生産も行うことができます。また、PEPプロセスはFDM材料押し出し法を採用しており、高エネルギーレーザー設備を必要とせず、金属/セラミック製品の成形・製造を実現し、低温成形と高温成形の特徴を備えており、製品の性能を確保しながら生産サイクルを短縮し、投資コストを削減できます。自動車製造業の分野では幅広い応用の見通しと開発の余地があります。

▲3Dプリントされた自動車用金属構造部品（出典：Sublimation 3D）
3D プリンティング技術は、情報技術、材料技術、制御技術、インテリジェント製造技術を統合し、自動車業界の製造ニーズによりよく応えることができます。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。まだ大規模生産段階には至っていないものの、自動車会社にとって材料研究開発、サンプル認証、小ロット部品生産に活用できる重要な技術手段となっている。将来、3D プリンティングは自動車製造業界に大きな進歩をもたらし、自動車産業の発展をより高いレベルに促進する上で重要な役割を果たすと信じています。

▲3Dプリントで設計・製造された自動車用軽量構造部品（出典：Sublimation 3D）
Sublimation 3D は、従来の金属/セラミック製造プロセスでは製造できない問題の解決に取り組んでおり、チェーン全体、プロセス全体にわたって価値の高いサービスを積極的に提供し、金属/セラミック製造を全面的にサポートしています。材料の開発と準備、3D 印刷装置の研究開発と製造、脱バインダーと焼結のプロセスから、科学研究と教育、航空宇宙、軍事防衛、自動車製造、バイオメディカルなどの応用分野向けの印刷サービスまで、包括的な高性能間接 3D 印刷ソリューションを提供できます。 Sublimation 3Dは、自動車製造の応用分野をさらに深く探求し、3Dプリントの革新的な製造能力を絶えず向上させ、PEP技術の利点を十分に発揮し、カスタマイズ、軽量化、インテリジェント化の方向への自動車製造の発展を支援します。

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