主要自動車メーカー5社が3Dプリンティングで生産革新：BMW、フォード、ボルボ、GM、ポルシェの事例

3ERPは、自動車メーカーが3Dプリンティングの利点をどう享受しているか、様々な角度から取り上げてきました。技術が自動車産業でより主流の足場を固めるにつれ、多くの企業が注目していますが、用途や目的は多岐にわたります。これらのニーズは、ツールからスペアパーツ/サプライチェーン管理、エンドユースパーツ、さらには車両全体まで多岐にわたります。

技術がどこまで進化し、業界大手がどう採用し、将来の生産チェーンでどう位置づけているかを見るのは興味深いです。本記事では、世界最大級の自動車メーカーのいくつかが、ワークフローで3Dプリンティングをどう活用しているか洞察を提供します。

BMW

3Dプリンティングの多くは少量生産向けに用いられるため、カスタマイズと、3Dプリンティング独自の要素を活かした複雑性の付加に大きな余地があります。BMWはこうした設計・製造形態に馴染みがあり、プリディベロップメント、車両検証・試験、コンセプトカー・ショーカーで3Dプリンティングを活用しています。大量生産にも用いますが、少量生産では顧客ニーズに精密に合わせたパーソナライズが可能です。

同社は積層造形での実績が豊富で、「シリアル生産と新しい顧客オファーへの大きな将来性」を見出しているとしています（BMWドイツの専門家談）。プラスチックと金属の両コンポーネント強化に技術を用いており、特にHPの大規模製造システムでの製品生産で知られています。

リスト内の多くの企業と同様、BMWは他技術では作れない部品の製造手段として3Dプリンティングを活用しています。好例がi8ロードスターのトップカバーです。このコンポーネントのマウントは、従来の鋳造プロセスでは製造不可能でした。設計自由度の拡大に加え、この3Dプリント車両部品は従来品より耐久性が高く、軽量です。

同様に、BMWはiFE.20フォーミュラEレーサーを、亜麻繊維製の3Dプリント冷却シャフトと共に発表しました。2019年末にお披露目されたこのパーツは、通常のカーボン材料と比較して、亜麻繊維の方が吸収性と衝撃耐性に優れ、凹凸とクラッシュバリアのある市街地コースで行われるフォーミュラEで有利です。これにより、ワークスチームが参戦するBMWレーシングカーとして、再生可能繊維製パーツを採用した初の事例となり、環境面でも優位です。

BMWの親指保護付きグローブ

同社はツーリングと安全面でも3Dプリンティングを活用しています。好例が、ドレンホール用ストッパーの仕上げに使用する専用グローブです。これらのストッパーはエンジニアの指で手動セットする必要があり、親指に大きな負担がかかります。幸い、作業用グローブに装着できる3Dプリントソリューションを考案しました。

自社自動車以外でも、同社エンジニアは外部プロジェクトに協力しています。例として、英国パラリンピックバスケットボールチーム向けのオーダーメイド3Dプリントシート開発があります。3Dボディスキャンと最新の積層造形を用いて、選手がより高度な運動パフォーマンスを発揮できる車椅子一群をBMWエンジニアが構築しました。

フォード（Ford）

フォードのジグ＆治具

3Dプリンティングへのコミットメントの面では、フォードは正面から技術を受け入れています。同社は積層造形センターを設立し、その運用をワークフローに広範に組み込んでいます。プラスチックと金属のプリントでは、Ultimaker、Stratasys、GE Additive等と長期的なパートナーシップを結び、生産チェーン全体であらゆるAMアプリケーションに対応する機器を提供してもらっています。

また、社内で部品を作る方がサプライヤーを待つより速いと判断し、ツーリングのコストと時間削減に3Dプリンティングを活用しています。同じ原則をジグと治具にも適用し、世界中の施設で開発しています。

過去数十年で3Dプリンティング事業を拡大し、金属とプラスチックの両コンポーネントを製造しています。同社の発表によれば：「過去数十年で、フォードは50万個以上の部品を3Dプリントし、数十億ドルと数百万時間の工数を節約しました。従来工法では4〜5ヶ月、50万ドルかかっていた試作が、3Dプリンティングなら数日〜数時間、数千ドルで完了します」。

同様に、フォードの様々な子会社もAMの実力を見せており、特にシェルビーGT500のデザインチームが顕著です。本年、新型GT500の最有力デザインを数日で3Dプリントし、改良と試験段階を大幅に加速させました。このペースで、シェルビーGT500を少しずつ高速に改良し、新しい物理デザインを次々と取り込んでいます。また、チームが「ザ・スイング」と呼ぶ新しいスポイラー・ウィングハイブリッドデザインを開発しました。この新デザインは、GT500の印象的な空力性能の重要な要素です。

EcoBoostエンジン

同社は2月にもう一つの主要な3Dプリンティングマイルストーンを打ち立てました。ハイパフォーマンスコンポーネントを扱うFord Performance部門が、自動車史上最大の稼働車両用金属部品を3Dプリントしたと主張しています。この金属部品は、ツインターボ3.5リッターV6 EcoBoostエンジンを搭載した1977年式フォードF-150「フニトラック」に搭載されました。部品自体はアルミニウム製インテークマニフォールドで、GE AdditiveのConcept Laser X LINE 2000Rでプリントされました。

ボルボ（Volvo）

このリストの中で最も目立つ自動車3Dプリンティングユーザーではありませんが、ボルボは近年この分野で大きな進歩を遂げています。リストの多くの企業と同様、ボルボはツーリングとサプライチェーン管理に3Dプリンティングを活用しています。生産終了部品の新規プリントで機械を再補給するのに、3Dプリンティングが特に有用でした。ボルボは主に3Dプリントプラスチック部品を使用し、近い将来金属部品の導入を視野に入れています。

2018年時点で、同社は積層造形を主に試作とツーリングに使用していました。「試作用に少量の部品しか作らないため、何が機能するか確認する良い方法です」と、ボルボCE（建設機械）ホイールローダーパワートレイン設置担当開発エンジニアのフレドリック・アンダーソン氏は語ります。「多くの知見があり、3Dプリンティングで迅速かつ容易に変更できます。このため、新製品の市場投入までの時間が短縮され、当社にとって大きなメリットです」。

試作スピードの向上は同社にとって大きな助けとなり、テスト中の様々な新技術が証明しています。例えば、ボルボエンジニアはA25GとA30G車両用の新しいウォーターポンプハウジングを設計しました。内部流路の設計最適化のためシミュレーションを実施しましたが、新設計を検証するため機能試験用の試作が必要でした。このプロジェクトのツーリングコストは約9,090ドル、部品コスト約909ドル、試作リードタイムは最低20週間かかると見積もられました。一方、3Dプリント試作なら770ドルでわずか2週間でした。

しかし2019年、同社はAMプロセスをさらに進化させました。特にボルボ・トラック部門で顕著です。バージニア州ダブリンのニューリバーバレー（NRV）工場は、今年製造業界で大きな話題を呼びました。主にSLSを使用し、他のAM手法も試しています。この施設では、ショップフロアで使用されている500以上の製造ツールと治具を3Dプリンティングで製造しています。同施設は北米自動車エンジニアリングの主要拠点でもあります。

商用車以外にも、同社は建設機械を開発しています。ここでも3Dプリンティングが影響を与えています。ボルボは関節式ダンプトラックのリツーリングに3Dプリンティングを適用し、試作コストを10分の1に削減しました。これにより、期間も20週間からわずか2週間に短縮されました。

ゼネラルモーターズ（GM）

ゼネラルモーターズとその各部門は、3Dプリンティング技術の主要ユーザー（および開発者）です。2018年時点で、GMはツーリングで年間30万ドルを節約し、代替燃料源を用いた新技術開発で十分な進展を遂げています。同大手自動車メーカーは昨年、2023年までに世界で20台の新型電気自動車と燃料電池モデルを投入する計画を発表しました。

3Dプリンティング事業は主に試作が中心でしたが、拡大しています。ケビン・クイン氏（GM積層設計製造ディレクター）によれば、技術向上に伴い「数万個規模の部品をスケール生産する」計画で、今後5年で展開見込みです。

同社ウォーレンテックセンターでは、年間約3万個の試作部品を生産しています。部品は最低9種類の材料で構成され、プラスチック、金属、粉末の組み合わせを採用。主に試作用ですが、エンドユースパーツも視野に入れています。また、ボeingと共同でHRL研究所を共同所有し、3Dプリントアルミニウム合金の開発を行っています。

ダン・グリースハバー氏（GMグローバル製造統合ディレクター）によれば、GMの大半の工場に3Dプリンターが導入済みです。同社はこれをさらに拡大し、少なくとも北米工場では全工場導入を目指しています。この動きで、年間数百万ドルの生産コスト削減が見込まれます。GMは長年3Dプリンティングとそのサブテクノロジーに投資してきました。工場作業員向けのツールとアクセサリーの迅速な製作に活用しています。本年、3.5万ドルの3Dプリンティングマシン導入で、2年間で30万ドルの節約に成功したと発表しています。ツーリング生産がプリンターの主役割ですが、日常業務での積層造形の役割拡大もあり得ます。

GMのブラケット（オートデスクとの共同開発）

オートデスクとの提携は、代替燃料車を製品ラインナップに加える目標達成に向け、軽量3Dプリント部品の製造で有益です。同じ協業の一環として、2019年に両社はステンレス鋼製3Dプリントシートブラケットを披露しました。これはオートデスク技術で開発されました。

2019年初頭、GMは3Dプリンティングの新たな設計応用を模索していました。ミシュランとの協業で、優れた耐久性を持つ新タイプのタイヤ製造を目指しました。Uptisタイヤはまだ開発中ですが、テストフェーズに進んでいます。100%サステナブルで、耐パンク性と長寿命を謳い、製造時の廃棄物も少ないグリーンな代替案です。最近、シボレー・ボルトEVの車群でミシガン州でのテストを行い、2024年の一般提供の可能性を示唆しています。

ポルシェ（Porsche）

ポルシェは、主要コンポーネントから旧モデルのサプライチェーン再構築まで、多様な目的で3Dプリンティングを活用しています。現在、非常に特定のスペアパーツ製造に3Dプリンティングを使用していますが、大規模ではありません。これは、安全性を確保するために実施しなければならない厳格な品質基準があるためです。同社はクラシック・ラグジュアリーカーブランドとして、全体的な生産台数も比較的少ないです。

生産終了コンポーネントの開発（例：ポルシェ959のクラッチリリースレバー）には、レーザー溶融を採用しています。粉末工具鋼を用い、代替工法より遥かに効率的に部品を製造しています。

3Dプリンティングの活用により、オンデマンドプリントへ移行でき、材料費、輸送費、保管費を大幅に削減できました。これらの部品は需要が高くなく、継続生産にはコストがかかりすぎるため、このメリットは大きいです。ポルシェは特に、Markforgedと協業してこれらのクラシックパーツを復活させています。

主にSLMとSLSを、必要な様々な部品製造に使用しています。ポルシェによれば、3Dプリント部品は多くのケースで従来品より優れています。現在プリントしている部品数は限定的ですが、2018年からポートフォリオを拡大し、将来のコンポーネントをテストし続けています。