自動プリフォーミング：第7回 - Fill Gesellschaftがスキー生産に革命をもたらした方法

プリフォーミングに関する7回シリーズの最終回。シリーズ詳細は以下のリンクを参照：

自動化ケーススタディ

Fillの最初のマシンは、Fischer向けスキー生産の自動化のために開発されました。現在では、元の年間生産量の80%を、従来の25%の労働力で生産しています。スキーはハイブリッド設計で、ガラス・カーボンファイバー複合材、木材コア、スチールエッジ、複数種類のプラスチックの層で構成されています。

BMW

BMWがi3、i8、新型7シリーズ（すべてCFRP複合材を使用）を開発するにあたり、Fillは多様な自動化ソリューションを提供しました。

複合材モノコック

Fillは、Mubea CarboTech向けに、フォルクスワーゲンVW XL1とポルシェ918スパイダーという2車種のCFRPモノコックを生産できるユニークな生産ラインを開発。この自動化ラインには、多ピース作動成形工具、高圧樹脂移動成形（HP-RTM）プレス、後硬化・機械加工機能が含まれます。

積層工程の自動化

自動積層では、乾燥繊維（幅3mまで、BMWの大量生産用）など多様な材料に対応するシステムを開発。風力タービンブレード用SpeedLayer 800自動スパーキャップ積層システムは、幅800mmまでのUDカーボンプリプレグを毎秒1.5m、精度±1.5mmで積層。600kgのプリプレグロールに対応し、プロセス検証と品質保証機能を統合。

LOWFLIPプロジェクト

低コスト柔軟統合複合材プロセス（LOWFLIP）プロジェクトは、2013年10月から2016年10月までの3年間、Fillと他9社が参加したEU資金援助イニシアチブで、アウトオブオートクレーブ（OOA）硬化輸送構造物のプリプレグ積層自動化を目指しました。3つのデモンストレーターを含みます：

• 2.5×2.9m トラックトレーラー前壁
• 1.2m 自動車クロスビーム
• 1.0×1.2m 補強スキン航空機テールコーンパネル

「電気抵抗加熱で金型を120℃まで加熱しました」とFillの複合材・プラスチックコンピテンスセンター責任者Wilhelm Rupertsberger氏は回顧します。「自動積層中、材料は常にテンション下にあり、金型へのシワなしドレープを実現しました。人間のプロセスをロボットで実現し、再現性を向上させたのです。」

マルチ積層から多層システムへ

Fillのマルチ積層システムは、熱可塑性テープを用いた自動車ボディインホワイト（BIW）部品（リアウォール、ロアバンパースタビライザー等）の生産向けに開発。これら部品にはオーバーモールドリブ等が含まれる想定で、プリフォームの積層サイクルが後続の射出成形サイクルに合わせる必要がありました。

JEC 2017のポストショーブログで、マルチ積層システムの動画を紹介しました。複数ロールからテープを供給し、1層あたり必要なテープを逐次ではなく同時に配置することで、層あたり10-15秒のサイクルタイムを達成しました。

Fillはシステムをさらに改良し、Multilayerと改称。幅50mmまでのテープを最大16本（各厚0.01-0.04mm）供給・切断・配置し、回転テーブル上に積層。テープ積層ベッドは1.6×1.6mまでの部品に対応。テープ配置速度は約500㎡/hr――12-15秒ごとにフルサイズ部品の1層を積層し、完成プリフォームあたり約1分のサイクルタイム。層は完全硬化せず熱接合で結合。各スプールが空になると自動的に交換され、マシンを止めません。

完成プリフォームはプレスで硬化。「Multilayerを自動硬化プレスとEngel射出成形セルと統合し、1分のサイクルタイムで機能させることに成功しました」とRupertsberger氏。Fillは今年初め、スウィンバーン工科大学（オーストラリア・メルボルン）から初のMultilayerシステムを受注し、JEC World 2019（2019年3月12-14日、パリ）で初の実機デモを行います。

RTMプレスと適応射出

FillはSGL Composites向けHP-RTMプレスを含む複数のRTMプレスを納入実績があります。

Airbus Operations（ドイツ・シュターデ）とアーヘン工科大学プラスチック加工研究所（IKV）と共に、初期には航空機複合材構造向けに革新的な適応射出ユニットをRTM用に開発。RTMで製造された部品が航空機に搭載されるには、時間とコストのかかる品質保証（QA）プロセスをパスする必要があります。このプロセスを短縮するため、RTM成形工具にセンサーを搭載し、QAを生産中にインラインで実施できるようにしました。IKV、Airbus、Fillはこれらセンサーを射出システムに統合し、個々の成形工具へのセンサー搭載を不要にしました。典型的なRTMシステムでピストン射出システムが使われるのと同様にディスポーザブルカートリッジを使用し、適応射出ユニットにセンサーボックスを装備することで、以下のデータをその場で測定・記録可能にしました：

• 温度
• 圧力
• 樹脂粘度
• 樹脂系の架橋密度
• ガラス転移温度（Tg）

成形部品の品質を確保しながら、このデータは射出プロセスの管理・制御にも活用できます。このインダストリー4.0適応射出システムは航空機複合材向けに開発され、自動車など他産業にも拡張されています。

ホットドレープフォーミング

最近のイスラエルの高性能複合材ツアー記事で、多くの企業がホットドレープフォーミングを使用していることに言及しました。Elbit Cycloneでは、ツアーガイドのJonathan Hulaty氏が「ボイング787アセンブリ用のビームとスタンザンのような高レートプリプレグ部品生産を、ホットドレープフォーミングなしでどう行うのかわからない」と述べていました。ホットドレープフォーマー（HDF）はFBMとイスラエル航空宇宙産業でも不可欠と見なされています。Fillは長年HDFシステムを供給しており、FACCでは複数台が生産稼働中です。これらは基本的に真空成形システムで、赤外線等の加熱素子と再利用可能なシリコンゴム膜を備え、硬化前にプリプレグ積層を工具上で加熱・圧縮（デバルク）します。HDFは以下の完全な航空機複合材生産ラインの重要な部分となっています。

CFRP向けインダストリー4.0生産セル

2013年末、FillはTierサプライヤーと協力して、エアバスA320着陸フラップシェルの補強材であるCFRPストリンガー製造用生産システムの開発を開始。導入後、ステーション数を削減し生産フローを改善、ユーザーフレンドリネスも向上。以下で構成：

• 自動成形工具保管
• HDFステーション
• ラミネートをストリンガーに加工するプレス・ターン・リフティングステーション

2017年に同タイプ部品向け第2世代システムを導入。第1システムが個別ステーション最適化に焦点を当てたのに対し、後継システムは手作業の最小化と全工具ロジスティクスの統合を目指しました。高い再現性と大幅な生産性向上を実現する3つの主要開発領域：

• 成形工具の手動取り出し・保管を完全自動工具返却に置き換え、ロジスティクスプロセス時間を短縮。スペース要件も50%以上削減。
• サブプロセスの更なる自動化で非生産時間を削減。
• 全記録・報告のインダストリー4.0デジタル化。Fill開発ソフトウェアでプロセスを常時可視化し、プロセスチェーン全体で各コンポーネントの履歴を記録。センサーで工具・材料の可用性を検知し、ボトルネック回避と再発注改善を実現。

Fillは現在、エアバスA350-900向け着陸フラップシェル用第3世代生産システムを開発中。工具保管、膜フォーミング（HDF）ステーション、プレス・ターン・リフティングステーション、自動工具返却に加え、オートクレーブ工具用輸送システムを強化。従来の手動輸送トラックと電動トラクターを無人搬送車（AGV）に置き換えています。Fillは今後も、人と機械の協調をさらに改善する方法を模索し続けています。

Accubot

複合材業界がマルチオペレーションワークセルの将来ニーズを語り始める前から、Fillは最初のプロトタイプ、いわゆるAccubotを開発済みでした。レーザートラッカーによる空間補正と直接外部測定システムを用いた「精密ロボット」を開発し、エンドエフェクター交換で機能切替が可能。非破壊検査（NDT）セルとしても、機械加工セルとしても機能します。Accubotの用途：

• 穴あけ
• リベット打ち
• NDT - スクイッター式超音波
• NDT - X線
• NDT - CT

FlexHyJoin

FillはEU資金援助プロジェクト「ハイブリッド接合のための柔軟生産セル（FlexHyJoin）」のメンバーです。この3年計画は、レーザー接合と誘導接合技術を組み合わせ、金属ブラケット/フィッティングと熱可塑性複合材の自動車用途接合のための完全自動パイロットプロセス開発を目指します。Fillはソフトウェアと各技術の統合を含む自動化セルを設計・構築しました。

Fillの研究開発は継続中です。複合材部品製造をより経済的かつ大量生産に適したものにするには、革新的でインテリジェントな生産システムが必要だと理解しています。そして、顧客の規模と特定ニーズに応じてこれらシステムを開発し続けることを約束しています。