付加製造はアウディの電気自動車への変革をどのように推進しているのでしょうか?

はじめに: 自動車業界では、革新的な技術である積層造形の応用が強化され、試作、ツール、レーシング、ワンオフ製品の分野で盛んになっていますが、直接的なデジタル大量生産への影響はまだ非常に限られているか、まったくありません。
アウディの付加製造センターの責任者であるエアハルト・ブランドル博士は、なぜ付加製造革命が自動車開発の初期段階ですでに起こっているのかを具体的に説明しました。「付加製造ハードウェアメーカーは、自動車会社が付加製造を直接生産にまで拡大することを望んでいますが、コストは従来の製造に比べてまだはるかに低いです。しかし、完全な電動化に移行するにつれて、新世代の車両の開発において付加製造がもたらす可能性は、アウディで3Dプリント部品の大きな需要を生み出しました。」

ブランドル博士は、積層造形が本当にメリットをもたらす分野を明確に理解しています。彼は、エアバスで金属積層造形を研究する博士課程の学生だった 2007 年から積層造形に取り組んでいます。 2012年にAudi AGに移り、2019年に積層造形センターの責任者に就任するまで製造部門で勤務しました。彼は次のように説明しています。「アウディでの役割において、私はエンドユーザーの視点から付加製造に注目し始めました。その結果、技術を前進させることよりも、実際にそれを使用して部品を製造することが重要になりました。」
アウディのインゴルシュタット本社にあるアウディアディティブマニュファクチャリングセンターでは、アウディ全体のほぼすべての部品（金属部品を含む）が 3D プリントされています。ブランドル博士のチームは、開発部門と生産部門の積層造形ニーズをすべて満たし、3D プリントされた部品をタイムリーに受け取れるようにしています。彼らは社内コンサルタントとしても機能し、新しい材料やアプリケーションにおける AM 市場の急速な発展を常に把握しています。
アウディは3Dプリントをどのように活用していますか?
アウディは20年以上にわたり、生産プロセスにデジタル3Dプリントを活用してきました。当初、このプロセスは主に視覚モデルを作成するために使用されていました。近年、この技術を使用して作成された部品が、同社の独自の生産ツールや車両モデルに占める割合が大幅に増加しています。同時に、プラスチックや金属によって、より大きな部品を生産することが可能になりました。
ブランドル博士は次のように明確に述べています。「積層造形には物理的な限界があります。一度に大きな部品を作ることはできますが、必ずしもそれが効率的であるとは限りません。私たちはバンパーなど非常に大きな部品を主に異なる部品を組み合わせて作っています。」
アディティブマニュファクチャリングセンターがあるインゴルシュタットでは、技術開発と生産におけるさまざまな能力とリソースが結集されています。ここでは、各部門と連携して技術の探索と新しいアプリケーションの開発が行われます。ネッカーズルムの拠点には、主にプラスチックフィラメントの押し出しを使用する 3D プリントのセンターオブエクセレンスもあります。 3D プリントの専門家は、生産部門と緊密に協力して、作業をより人間工学的にするためのカスタムメイドの組み立て補助具を設計しました。従業員が最適化のアイデアを持っている場合は、社内の 3D プリントセンターに直接問い合わせることができます。
△マルチジェットモデリングでプリントされたドアハンドル△マルチジェットモデリングでプリントされたアダプター Audiはベルリンのスタートアップ企業と共同でソフトウェアを開発し、プリインストール機器の設計時間を80％短縮しました。多くの場合、必要な部品を入手するには、スケッチと数時間だけかかります。 Audi e-tron GT1 の大規模生産の準備に初めて 3D プリントが取り入れられています。現在、現場では 160 種類を超える印刷補助機器が使用されています。例えば、エアコンコンプレッサーや冷却パイプの事前組み立てに使用されます。クリップが組み込まれたこの組み立て補助具は、すべてのコンポーネントを正確な位置に保持するために社内で設計されました。
自動車開発の未来
ブランドル博士は次のように語っています。「ツールに加え、プロトタイピング事業はこれまでで最大の需要を誇っています。これは、電動化、デジタル化、持続可能性への移行を進める当社にとって、主要な焦点領域です。これらは大きな変化であり、新車の全シリーズを非常に迅速に開発する必要があることを意味します。製造されるすべての部品は、最終決定前に複数のバージョンで最適化する必要があるため、複数の反復を経ます。積層造形は、新しい部品をより速く作成するのに役立つツールボックスです。以前は、人々は積層造形をあまり理解していませんでした。今では、人々はこの技術を本当に使いたがっています。なぜなら、それが日常業務で直面する実際の課題を解決できると本当に感じているからです。」
インゴルシュタットのメタル 3D プリンティングセンターは、複雑なスチールおよびアルミニウム部品のほか、自動車の車体部品のプレスやダイカストなど、重量が数トンにもなる成形ツール用のインサートの製造を専門としています。これらはレーザー溶融プロセスを使用して金属粉末から製造されます。 3D プリントでは他の製造プロセスよりも幾何学的な自由度が高くなるため、珍しいデザインを実現しやすくなります。これは、エッジの近くに冷却チャネルがあるツールインサートなどの部品にとって大きな利点となります。

ブランドル博士は次のように断言しています。「積層造形用のツール、特にプラスチック部品の熱間成形用の金属ツールは、本当に難しい課題です。私たちは、EOS や SLM ソリューションなど、いくつかの異なる金属 PBF マシンでスチールとアルミニウムから始めました。また、独自のパラメータも開発しました。これは、実証済みのビジネスケースを備えた稼働中のビジネスです。結局のところ、すべてはビジネスだからです。付加価値、コスト削減、その他の明確な時間および品質の向上がなければ、私たちはそれを行いません。」
たとえば、アウディが近い将来に積層造形を使用しないことの 1 つは、顧客主導のカスタマイズです。ブランドル博士は次のように語っています。「顧客が求めているのは 3D プリント部品ではなく、ソリューションだということを私たちは知っています。3D プリントは究極のカスタマイズツールですが、結局のところ、顧客はデザイナーになりたいわけではないこともわかっています。顧客はさまざまなオプションを設定したい、つまりパーソナライズしたいのですが、積層造形で実現できる構造レベルでは望んでいません。軽量化の点でも、積層造形の利点は部品のコストに見合うほどではありません。」
△選択的レーザー焼結技術で印刷された部品
生産をスピードアップする<br /> したがって、直接的な積層造形はアウディの当面の戦略の目標ではないが、ブランドル博士は、フォルクスワーゲンのような大規模グループが協力して積層造形のプラットフォーム戦略を開発し、さまざまな企業がグループ内の他の企業の進歩から学ぶことができるようにしていることを確認した。全体として、多数の部品が複数の異なる AM 技術で製造されるようになりました。量産化はまだ先のことですが、AM によってグループ全体でますます複雑な部品の開発が可能になっています。
アウディで生産される各バッチの部品数は300～400個に達し、コンセプトモデルからモータースポーツまで、特別なプロジェクトで使用されています。アウディは最近、ますます積層造形が重視されるF1の世界に参入すると発表しました。「モータースポーツはヘビーユーザーですが、積層造形は自動車業界全体の最終部品に使用するにはまだ高価すぎます。部品1個あたりの価格は大幅に下がる必要がありますが、金属部門ではサポート構造を取り除くことでさらに複雑になるため、実現はさらに遠いです」とブランドル博士は語った。「
△ MultiJet Fusion で印刷された滑らかな表面を持つ器具のハウジングプラスチックはより即時のチャンスをもたらすかもしれませんが、Brandl 博士は、ポリマー付加製造も導入する前にコストを大幅に削減する必要があると考えています。「射出成形と比較すると、積層造形部品の価格は100～200倍低くする必要があります」と彼は言う。「ワークフローの改善と自動化によってある程度の最適化は達成できますが、それでも大量生産レベルには程遠いのです。」
「これはアウディが単独でできることではありません。だからこそ、当社はパートナーとしてアディティブマニュファクチャリング TC カンファレンスに参加し、バイエルンアディティブマニュファクチャリングクラスターには創設メンバーとして参加するのです」とブランドル博士は締めくくりに述べました。「アディティブマニュファクチャリングのこうしたすべての限界に対処するには、強力なパートナーシップとネットワークを構築する必要があります。また、自動車産業が新しい時代へと移行する中、ドイツとヨーロッパのアディティブマニュファクチャリング業界のリーダーとしての地位を確立する必要があります。」「

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