フォードモーターカンパニーが自動車産業向けの3D印刷をどのように革新しているか：ハロルドシアーズへの専門家インタビュー

自動車生産の将来はどのようになりますか？ フォードモーターカンパニーが答えを持っているかもしれません。

2018年の夏、自動車メーカーはミシガン州に先端製造センターを開設しました。報告されている4500万ドル相当の135,000平方フィートの施設には、協働ロボット、VR、ARなどのさまざまなテクノロジーが組み込まれています。

3Dプリントも施設の中心的な焦点となります。フォードが3D印刷の初期のチャンピオンであったことを考えると、当然のことです。1988年に製造された3番目の3Dプリンターを購入しました。

現在、同社は製品開発の一環として3D印刷を幅広く使用しており、調査を行っています。技術を生産ラインに統合する方法。 Advanced Manufacturing Centerは重要な役割を果たし、すでに23台の産業用3Dプリンターを収容しています。

25年の業界経験を持つハロルド・シアーズは、フォードの積層造形技術のテクニカルリーダーです。最近、シアーズと話をして、同社が自動車業界向けの3D印刷をどのように革新しているかについて詳しく知りました。

アディティブマニュファクチャリングでのこのような幅広いキャリアの中で、業界とテクノロジーの両方が何年にもわたって進化するのをどのように見てきましたか？

当初、積層造形は、人々が見ることができるコンセプトモデルを作成する方法と見なされていました。

そこから、機能的なプロトタイプを作成してテストできる、より耐久性のある素材を提供するように進化しました。

それ以来、ラピッドプロトタイピングとして長年知られている技術は、3D印刷技術が単なるプロトタイピング以上に使用されている、いわゆるアディティブマニュファクチャリングに進化しました。

材料とプロセスが進歩し、開発されるにつれて、積層造形は現在、生産アプリケーションを支援し、主流の生産をサポートするためのツールになりつつあります。また、消費者向け車両に搭載するために製造された部品の最初の例のいくつかが見られ始めているため、現在、これらのAMシステムから製造部品が出ています。

業界は、初期の頃からかなりの進歩を遂げてきました。過去5年間の技術開発は、最初の10〜15年よりもはるかに加速しているとさえ言えます。 AMははるかに機能的になり、日常のエンジニアリングおよび製造プロセスの一部になっています。

Ford Motor Companyは、積層造形を非常に早く採用していました。今日、会社はAMをどのように使用していますか？テクノロジーはどのような価値を提供しますか？

アディティブマニュファクチャリングは、製品開発サイクルの重要なコンポーネントとして確実に確立されており、プロトタイプ部品の製造と製品エンジニアリングに関する開発演習をサポートしています。

私たちは製品開発とプロトタイピングを引き続きサポートしていますが、文字通り年間数万個の部品を製造していますが、最近では、このテクノロジーを使用して製造環境。

3Dプリントが製造業務にどのように影響するかを探求することに興奮しています。私たちの活動は主に2つの主要分野に焦点を当てています。1つは、より効率的な工具、治具、固定具で現在の生産プロセスをサポートし、実際にこれらのプロセスを製造スペースで使用することです。

さらに、私たちは3D印刷業界に、私たちのニーズにより固有の製品を開発することで、自動車をより多く認知するように働きかけたいと考えています。

概して、今日の添加剤の世界で見られるものの多くは、航空宇宙および医療産業によって推進されています。彼らのニーズは自動車のニーズとは大きく異なるため、自動車にとってもより意味のある方向に業界をリードしたいと考えています。

これは、材料のアップグレードをさらに推進し、製造に関心のある部品のタイプに一致するマシンのビルドエンベロープを作成し、プロセスの速度を大幅に向上させることを意味します。

自動車業界の特定のニーズについて詳しく教えていただけますか？

一例は、より自動車中心の材料を使用することです。

たとえば、多くの3D印刷プロセスでは、UV硬化性材料が使用されており、自動車でのUV露光は考慮すべき重大な問題です。紫外線の下で硬化する材料を自動車に入れて、ほぼ一定の紫外線にさらすのは困難です。

では、その露出を制御したり、特定の時点でオフにする方法はありますか？究極的には、少なくとも自動車用途では、日々の厳しい紫外線曝露に耐える能力が不可欠です。

温度の変動は別のものです。材料は、自動車用途で非常に一般的な大きな温度変動に継続的にさらされると、非常に壊れやすくなります。

今日、自動車業界でかなり受け入れられている一連の材料があります。ですから、私たちが本当に望んでいるのは、業界がそれらの材料のいくつかを適応させ始めていることです。これにより、テストと検証、およびアプリケーションの使用が3D印刷にはるかに適したものになります。

2番目の要素は、システムのビルドエンベロープのサイズです。

どの車両も、今日のマシンのビルドエンベロープ内にうまく収まる多くの小さなコンポーネントで構成されています。しかし、今日では完全に適合しない大きなコンポーネントもたくさんあります。そのため、メーカーには、ビルドエンベロープが大きい他のシステムを検討してもらいたいと考えています。

最後の部分は、マシンのスループットまたは速度です。

私たちの生産量は、航空宇宙や医療の量とはかなり異なります。そのため、数日や数時間ではなく、数分または数秒で部品を製造できるシステムを検討する必要があります。テクノロジーをより高速なビルド速度に押し上げるために私たちができることは、間違いなく私たちにも役立つでしょう。

自動車業界のこれらの懸念事項に対処するのにどれくらいの時間がかかるかについて、何か考えはありますか？たとえば、自動車部品の大量生産からどれだけ離れていますか？

5年前にAMマシンの量産能力について質問した場合、答えは数百またはおそらく数千の部品であった可能性があります。

しかし、同じ会話をしている場合は、今日の業界の誰もが、答えははるかに高く、何万もの部品になります。

技術が成長するにつれて、3〜5年以内に、答えは40〜50万のパーツボリュームに近づくと思います。

私たちが取り組んでいることについて具体的な数字を示すことはできませんが、テクノロジーとボリューム機能の成長に関しては、現在業界で一般的に受け入れられている感情です。

フォード在籍中の3Dプリントのサクセスストーリーにはどのようなものがありますか？

今後も試作品で製品開発をサポートしていきます。これには、製品開発を支援し、テストと開発を加速するために、数十万の部品を製造することが含まれます。

そのスペースだけを見ると、会社にとって大きなメリットがあります。たとえば、コンポーネントは開発およびエンジニアリングフェーズで数回繰り返されます。

従来、エンジニアはコンポーネントを設計し、その設計を送信し、ツールを作成し、パーツを使用して作成していました。テスト用のツール。これらの結果に基づいて、設計またはツールが変更されるか、まったく新しいツールが非常に高額な費用で作成されます。この長いプロセスは何度も繰り返されます。

しかし、今日では、それは製品開発プロセスのほとんどの部分です。

エンジニアは、1つのコンポーネントの複数のデザインを一度に3Dプリントショップに送信できるようになりました。これは、それらを同時に製造し、同時にエンジニアに渡すことができることを意味します。その後、エンジニアは立ち去って、それらの並列テストを行うことができます。

つまり、最終的に私たちが目にしているのは、プロセスが非常に迅速に繰り返されることです。このプロセスでは、7つの設計から3つに、非常に迅速なプロセスで1つに進むことができます。

それ自体が、ツールを何度も繰り返す必要がないことによるコスト削減と、製品を市場に投入する際の大幅な時間節約の両方を通じて、大幅な効率化を実現します。

そして、これらのテクノロジーを製造環境に適用し始めているので、ここでも大きな効率が見られます。

たとえば、オペレーターにとって人間工学的に適切なツールを作成することで、人々が仕事をするのを支援します。これはおそらくソフトなメリットですが、オペレーターがより幸せで快適に仕事をすることができれば、確かに役立ちます。彼らはまた、品質を向上させるだけのより良い仕事をするでしょう。

私たちはまた、私たちが示唆したいくつかのアプリケーションに取り組んでいますが、詳細についてはあまり説明していません。 1つは、200万ドル以上を節約できる製造環境でのアプリケーションです。

AMを製造環境に統合する限り、私たちは実際に、プロセスを支援するテクノロジーを使用していくつかの重要なことを実行できるようにするための準備を整えています。

今後5年間でAMはどのように進化すると思いますか？

一年前、私は金属積層造形が多くの注目を集めるだろうと言っていましたが、それは今でもそうです。ただし、ポリマーまたはプラスチックの側面でも、いくつかの重要な技術的進歩が起こっています。両方の技術が一緒に成長すると私は信じています。

さらに、テクノロジーにとって重要なことの1つは、テクノロジーができないことを理解することです。 AMを、そうではないので何でもできるすべてのテクノロジーとして宣伝することは決してありません。

したがって、業界は、積層造形ではできないことと、今日のほとんどの人が使用しているよりもはるかに多くのことができるという事実を認識しています。

フォードでは、現在の機能を調査し、テクノロジーとともに成長し、目的の場所に向けるのに役立つことで、このメリットの一部を享受することに重点を置いています。将来行きます。

他にどのような要素に留意する必要がありますか？

テクノロジーと機械に関する限り、アディティブプリントと3Dプリントについて主に話し合ったと思います。しかし、それには2つの追加要素があります。ソフトウェアとトレーニングです。

これらすべての要素を組み合わせるために、Fordなどの企業は、Design for Additive Manufacturing（DfAM）手法を使用するように従業員をトレーニングすることに注力します。これは、デザイン。

概して、私たちは工学学校を通じて、従来のプロセスで作成できるデザインについて考えるように訓練されています。 DfAMは人々に、彼らが何をしているのか、そして彼らがどのように彼らのデザインにアプローチするのかについて異なった考えを始めるように求めるでしょう。

ソフトウェアはその大きな部分を占めるでしょう。トポロジー最適化ソフトウェアのようなツールは、従来は非常に使いにくいものでした。そのため、今後どのように進化して、よりシンプルな製品になりますか。

ジェネレーティブデザインソフトウェアは、今も業界です。しかし、ジェネレーティブデザインソフトウェアの機能を利用して、少なくともエンジニアがそれを実現し始めることができる最初の概念を生成するにはどうすればよいでしょうか。これらの質問やその他の質問は、将来的に対処する必要があります。

したがって、トレーニング、ソフトウェア、ハードウェアの進化を見ると、これらのテクノロジーのメリットを最大限に活用するには、これら3つすべてを緊密に結び付ける必要があります。

フォードは最近、先端製造センターを開設しました。施設の背後にあるビジョンとフォードが達成したいと考えていることについての洞察を教えてください。

施設の付加的な部分に関しては、私が言及したことの多くに焦点を当てています。それは本当にテクノロジーを推進すること、ベンダーやサプライヤーと関わること、そして彼らを私たちと一緒にこの旅に連れて行くことです。

たとえば、最近、いくつかのTier 1サプライヤーがあり、テクノロジーの方向性と今後の計画について話し合いました。

この施設は、これらの多くの相互作用をまとめることができる場所です。新しいプロセス、機器、材料について3D印刷サプライヤーと協力することができます。

床面積が柔軟なため、6ヶ月から1年の委託で機械を持ち込むことができます。セットアップして実行し、テクノロジーのアプリケーション使用に関する直接フィードバックを提供できます。材料開発、プロセス開発、さらにはまったく新しいテクノロジーをサポートするためにそれを行うことができます。

同時に、私たちはこれをコラボレーションスペースとして実際に開放しました。これらのテクノロジーに関与する必要のあるサプライヤーがいて、まだそこにいない場合は、このスペースにそれらを持ち込み、「ここに機械があります。先に進んで、その部品の製造を開始しましょう。あなたのビジネスにより適しているし、テクノロジーで何をする必要があるのか​​。」

2019年のフォードの次の展望は？

私たちはこの施設に多額の投資を行っており、その投資を活用し始めていることがわかります。

今後、生産車両向けに3D印刷される製品についての発表や、アプリケーションに関する発表、効率を向上させるために製造スペースでどのように使用されているかについての発表が増えるでしょう。製品開発サイクルを加速し、品質を向上させ、新製品を導入するのに役立ちます。

アディティブマニュファクチャリングは、私たちがビジネスとして行う日常業務にますます浸透していきます。規範の例外ではなく、それが行われる方法としてはるかに受け入れられるでしょう。