3Dプリンティングが自動車・鉄道・航空部品を変革：コスト削減・オンデマンド・現地生産

商用輸送と車両製造は、産業の中でも最大級の規模と工場集約度を誇ります。小型車でも膨大なコンポーネントで構成される大規模なプロジェクトであり、大型飛行機や機関車ともなればなおさらです。これらの車両は、長期間（時には数十年）にわたって無期限に運用されることを前提としています。

これはまた、多くの車両とそのコンポーネントが、数年間の乗客による使用で大規模な摩耗・損傷を受けることを意味します。以前は、シートカバーや手すり・つり革のプラスチック部品のような単一パーツであっても、遠方の工場に発注するしかありませんでした。その結果、長い納期、輸送コスト、サプライヤー側の値上げに悩まされてきました。今、3Dプリンティングがこの問題に対して、はるかに経済的な解決策を提供しています。

総合的なコスト削減と多機能製造

図1 Angel Trains提供画像

多くのコンポーネントを持つ大型車両において、米空軍から英国の鉄道会社まで、様々な組織が3Dプリンティングを実用的な解決策と見なしています。プラスチックで製造すれば部品コストが下がり、容易なカスタマイズも可能です。

これは特に、何年も前に生産終了した飛行機や列車のコンポーネントで顕著です。特定部品の在庫維持コストが高すぎて、サプライヤーが供給をやめてしまうケースが多々あります。特に滅多に注文されない部品でこの傾向が強いです。顧客は大量在庫を抱えるか、サードパーティメーカーに委託せざるを得ませんでした。しかし、積層造形がこのモデルを急速に破壊しつつあります。

このような部品の生産設備を見つけ、図面を入手するのは極めて困難ですが、3Dプリンターならモデルさえあれば造形を開始できます。モデルは3Dスキャンで取得したり、スクラッチから比較的容易に再現したりできます。さらに、従来製造より様々なセクションを軽量化し、材料使用量を削減できます。

この生産モードは、カスタマイズと改良も容易にします。Angel Trainsと英国鉄道各社のケースでは、3Dプリンティングを活用して列車部品に点字メッセージを追加し、視覚障害者が指示を読めるようにしました。このような機能拡張により、メッセージのパーソナライズや必要に応じた安価・容易な変更も可能になります。

グリップハンドルだけを3Dプリントするだけで、英国鉄道会社は通常15,000ポンドかかっていたコストを大幅削減し、納期を2.5ヶ月から約3週間に短縮しました。当局は、積層造形と3Dプリンティング向け設計（DfAM）の活用で、最終的に部品あたり50%のコスト削減が達成可能と予測しています。

さらに、モデルさえ対応できれば、3Dプリンティングで複数種類のコンポーネントを単一デバイスで製造できます。シートやパストレイの部品だけでなく、通常なら別々の機械・設備が必要な小さなエンジニアリング部品も製造可能です。この多機能性により、企業は単一デバイスと安価な材料で、必要に応じた多様な部品と治具を製造できます。

オンデマンド生産

図2 ベントレー・ブロワー

3Dプリンティングの重要な特徴の一つは、部品メーカーやディストリビューターの都合ではなく、企業側のタイムスケジュールに合わせて、専用施設なしで生産できる点です。このため、生産終了から長年経過した部品の製造が、クラシックカー修復の世界で大きな影響力を持っています。ポルシェのような企業は、この側面を活用してスペアパーツ製造コストを削減してきましたが、オンデマンド生産は短期生産のクラシックカー復刻ビジネスの実現性も高めています。

ベントレーは例えば、3Dプリンティングを用いてクラシックラインの古いモデルを完全再現し、戦前レーシングカーの初の継続生産を行っています。同社は、クラシックな1929年型ベントレー 4½リッター「ブロワー」自動車を12台生産します。ブロワーはコレクターの間で最も人気の高いベントレーの一つであり、自動車愛好家にとって大きな魅力です。

同様の取り組みにより、世界中の修復業者がかつて不可能とされた忠実なクラシックパーツの再現で、オールドカーを蘇らせています。これは3Dスキャン、モデリング等の技術進歩によって容易になりました。

現地生産（ローカライズド・マニュファクチャリング）

これらすべての仕上げは、これらすべてのコンポーネントの社内製造、設計、改良が可能だという点です。他のメリットに加え、試作とテストも高速化し、希望する施設で完結できます。これは航空機メーカーにとって大きな恩恵となっています。

2019年、米空軍は初の3Dプリント部品を認証しました。それは、彼らの航空機の一つ用のトイレカバーでした。機材の多くが10年以上前のものであることを考慮し、米空軍は3Dプリンティングで、トイレカバーのようなスペアパーツの製造ターンアラウンドタイムとコストを劇的に削減しようとしています。これは特に、これらの飛行機の多くが生産終了しており、スペアパーツ納入に1年以上かかる場合に有用です。

3Dプリンティングなら、サプライヤーの供給を待つ必要がなく、自社施設でコンポーネントを製造できます。特に米空軍の場合、航空機の平均機齢は28年です。これらの部品を作っていた工場の多くはすでになく、既存サプライヤーでも納期が1年に達することがあります。

航空産業はスペアパーツで深刻な状況にあり、場合によっては航空機修復サービスが廃棄機からこれらのコンポーネントを探し出す事態も起きています。しかし、3Dプリンティングの助けにより、これらの部品調達時間は1年から2日に短縮されました。これらの部品は今、社内で広範な試験を経て製造されています。米空軍は今後も他の製品へ3Dプリンティングを適用し続けます。