スピードへの情熱の下での挑戦、3Dプリント自動車製造の未来は明るい

2022年10月にSmarTech Publishingが発表した調査によると、自動車市場は3Dプリントされた完成部品だけで90億ドルの収益を生み出すと予想されており、これは2019年比で8倍の増加です。積層造形業界は急速に成長しており、自動車メーカーはほぼすべてのプロセスに 3D テクノロジーを採用しています。

▲データ元：SmarTech Publishing

自動車市場、特に高級スポーツカーやレーシングカーでは、性能が何よりも重要です。たとえば、軽量設計により車両重量が軽減され、利用可能な電力が増加し、エネルギー消費が削減され、将来の自動車にとって重要な排出削減目標を達成できます。

▲レーシングカーモデル（出典：3DExport）

積層造形とトポロジー最適化を組み合わせ、カスタマイズや軽量化における3Dプリントの利点を活用することで、自動車の改造や生産の分野での発展がトレンドを見せ始めています。金属3Dプリント技術は、カスタマイズされたホイール、高性能コンデンサーやブレーキキャリパー、軽量ブラケット構造などに応用されており、メルセデスベンツ、BMW、アウディ、トヨタなど多くの国際的な自動車メーカーは、すでに自動車の研究開発段階で3Dプリント技術を広範囲に活用しています。統計によると、自動車業界における 3D プリントの応用は、応用業界全体の 30% 以上を占めています。特にレース用途では、NASCAR や Formula 1 が 3D プリント技術を採用しています。

▲各種自動車用ブレーキディスク

— シリコンカーバイドセラミックスの利点 —

ブレーキ部品は自動車のモーター設備と車両の最も重要な安全部品の一つであり、自動車ブレーキシステムの品質は自動車の運転手と乗客の安全率を直接決定します。安全性能の向上、環境汚染と騒音公害の低減、耐用年数の延長は、ブレーキシステムの製造と応用材料の開発における主要な傾向です。

シリコンカーバイド製のブレーキディスクは軽量で耐熱性に優れています。シリコンカーバイド製のブレーキディスクは、通常の鋳鉄製ディスクの半分以下の重さです。ブレーキディスクが軽いということは、サスペンションにかかる重量が軽いことを意味します。これにより、サスペンションシステムの反応が速くなり、車両全体のハンドリングが向上します。さらに、通常のブレーキディスクはフルブレーキ時の高熱により熱減衰を起こしやすいのに対し、シリコンカーバイドセラミックブレーキディスクは熱減衰に効果的かつ安定的に抵抗し、その耐熱性は通常のブレーキディスクの何倍も高くなっています。

▲自動車のブレーキディスク

シリコンカーバイドブレーキディスクは、ブレーキの初期段階ですぐに最大のブレーキ力を発生できるため、ブレーキアシストシステムを追加する必要はありません。全体的なブレーキは、従来のブレーキシステムよりも速く、短くなります。高熱に耐えるために、ブレーキピストンとブレーキパッドの間にシリコンカーバイドセラミックを使用して絶縁し、シリコンカーバイドブレーキディスクは並外れた耐久性を備えています。

— PEPプロセスがシリコンカーバイドセラミック製造の課題を打破 —

従来の機械加工や穴あけ加工法で製造されるブレーキディスクと比較して、3D プリントはより複雑な部品構造を形成でき、生産サイクルが短く、納品が速いため、研究開発チームの製品開発効率が大幅に向上します。シリコンカーバイドなどの材料と組み合わせることで、高いシステム性能と軽量ボディの要件を満たすことができ、自動車のハンドリングレベルと省エネおよび環境保護に役立ちます。

炭化ケイ素セラミックの製造は、特殊セラミック 3D 印刷技術のさらなる発展にとって常に課題の 1 つでした。炭化ケイ素セラミック材料は、成形プロセス中に気孔、亀裂、不均一性などの欠陥が発生するためです。成形されたセラミックデバイスは脆性破壊に耐えるのが難しく、その機械的特性が大きく制限されます。

▲3Dプリントされたシリコンカーバイドブレーキディスク

昇華型 3D セラミック・金属 3D 印刷装置は、独自の独立したデュアルノズル設計を採用しており、セラミック、金属、セラミック/金属マトリックス複合材料の開発と複雑な構造の形成を実現できます。操作が簡単、工業用、高精度、高品質、高コストパフォーマンスなどの利点があります。構造設計の最適化と、サブリメーション3D独自のPEP（粉末押出印刷技術）プロセスを組み合わせることで、シリコンカーバイドブレーキディスク構造部品の大型化、軽量化、一体化を実現しました。プロセス完了後のコンポーネントの密度は 99% にも達します。プリント仕上げのブレーキディスクは、高密度、高強度、高硬度、軽量で、放熱性とブレーキ性能に優れています。テストの結果、3D プリントされたシリコンカーバイドセラミックブレーキディスクは、確立された業界標準よりも優れた性能を発揮しました。

△昇華三次元炭化ケイ素セラミック焼結部品の機械的特性

— 3Dプリント自動車製造の未来は明るい —

3Dプリンティングは、従来の製造プロセスでは実現できない技術的な利点があり、構造部品の性能を犠牲にすることなく部品の統合設計と製造を実現し、自動車製造に新たな設計アイデアと開発の道筋を提供します。自動車分野における3Dプリンティング技術の応用見通しは明るいと予測できます。

Sublimation 3D は、材料開発、機器の研究開発と製造、システムソフトウェア開発、脱結合および焼結プロセスを統合した金属/セラミック間接 3D 印刷ソリューションプロバイダーです。 Sublime 3D は、自動車産業の革新的な発展をサポートするという点において、「デジタル化、パーソナライゼーション、カスタマイズ」などの付加製造の技術的特徴を活用し、自動車メーカーが PEP 技術とプロセスを通じてより多くの利益と価値を生み出せるよう支援します。

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