専門家インタビュー：世界初の3Dプリントカーボンファイバーバイクフレームの製造に関するアレボ共同創設者Wiener Mondesir

シリコンバレーを拠点とする企業であるアレボは、世界初の3Dプリントカーボンファイバーバイクフレームと呼ばれるものを発表した後、2018年に注目を集めました。このユースケースでは、ロボット工学とソフトウェアを組み合わせて軽量でカスタマイズされた複合部品を製造する、アレボ独自の複合3D印刷技術の独自の機能を紹介しました。

それ以来、アレボは自転車メーカーのフランコ自転車と提携し、新しいブランドのeBikesに3Dプリントされたカーボンファイバーユニボディフレームを提供してきました。

今週は、アレボの共同創設者兼最高技術責任者であるウィーナーモンデシルと、アレボ独自の技術、複合3D印刷の利点、複合製造の将来についてお話しします。

アレボについて少し教えてください。

アレボでは、複合部品を大規模に製造できるようにすることを目指しています。私たちは、ロボット工学、材料、ソフトウェアの合流点でこれを行います。

複合材業界全体を見ると、複合材製造は非常に大きなチャンスです。炭素繊維は一部の金属よりも強度が高く、軽量であるため、多くの業界で幅広い魅力があります。

しかし、いくつかの理由により、複合材料製造の採用は抑制されており、その機会は対処されていません。この理由の1つは、非効率的な製造プロセスによるものです。

複合材料の製造は、現在、非常に労力、リソース、および資本を大量に消費します。つまり、実際には大量に拡張することはできません。複合材料製造を実際に活用することができた産業は、航空宇宙産業や非常にハイエンドの自動車産業のように、ビジネスケースを提供できる産業でした。

さらに、不十分なソフトウェアと非効率的なシミュレーションのために、設計サイクルが長くなります。もう1つの見過ごされがちな理由は、他の業界における複合材料の理解の欠如です。

Arevoはこれらすべての問題に取り組んでいます。複合材料のデジタル化と呼ばれるものを使用して、複合材料の製造を再考しています。

私たちは、知識のギャップを解消するソフトウェアを開発することで、この問題を解決することを選択しました。

3Dモデルから始めて、ソフトウェアが分析を行い、最適な最終的な向き、適切な量の材料を考え出し、製造技術を使用して部品を製造するための指示を作成します。

例として蜘蛛の巣を取り上げましょう。蜘蛛の巣を見ると、その目的に適した量の材料を備えた3D構造です。

繊維、または蜘蛛の巣の場合は絹は、適切な量の材料のみを使用し、必要な場所に完全に配置されます。複合部品を3D印刷する最適な方法を考え出すときに、そこからインスピレーションを得ます。

これが、企業としての私たちの使命です。大規模な複合材料の製造を可能にすることです。

複合3D印刷の利点は何ですか？

炭素繊維複合材は、優れた強度対重量比を提供するため、非常に強力でありながら軽量の素材を手に入れることができます。

3D印刷のトレンドを見ると、さまざまな手法で格子構造を使用して、自然に密度が高く重い金属を軽量化しています。

しかし、最初からカーボンファイバーのような軽量で丈夫な素材から始めると、最終結果にはるかに早く到達できます。したがって、複合材料は、見栄えはするが必ずしも目的を果たさない金属格子構造タイプの製品よりも、特定の用途にはるかに適しています。

炭素繊維の複雑さは、異方性であるということです。一方向に強いという意味です。そのため、専用のツールがないと対処が少し難しくなります。

Arevoでは、デザイナー向けのツールセットを開発したため、炭素繊維複合材料で製造するために博士号を取得する必要はありません。私たちのソフトウェアがそれを処理します。

カーボンファイバー製の3Dプリントされた自転車のフレームは、発表されたときに広く知られていました。設計から製造まで、バイクフレームを作成するプロセスはどのようなものでしたか？

その特定のアプリケーションは、テクノロジーで何が可能かを示す方法として始まりました。

自転車のフレームは非常にアクセスしやすいですが、非常に複雑な形状であり、荷重、ねじれ、および重量を支える能力を必要とする大きな構造です。したがって、それは私たちの技術を実証するための完璧なアプリケーションでした。

一歩下がって、今日の従来の複合バイクを見ると、設計からプロトタイプの反復、そして生産に至るまでを経ています。そのプロセスには1年近くかかります。

さらに、従来の複合自転車は非常に手動のプロセスを使用して製造されています。フレームは20から30のパーツで結合され、40人もの人々が各フレームに触れます。これは非常に労働集約的なプロセスであり、必ずしも拡張性のない非常に高コストの製品になります。

デザインも非常に似ているため、多くのカスタマイズを行うことはできません。

当社のテクノロジーにより、このプロセスをほぼ1年からわずか数日に短縮しました。 ArevoのソフトウェアはCADデザインを採用し、デザイナーが思いついたフレームに等方性のジェネレーティブデザインを行います。また、方向を最適化し、予測分析を行います。

次のステップは、当社の製造施設で行われます。カリフォルニアに製造施設を建設し、ロボット工学と堆積技術を利用して、カスタマイズされた自転車フレームをオンデマンドで製造できるようにしました。

私たちがバイクを発売したとき、テクノロジーが提供する設計の自由に興味を持っていたため、すべての大手バイクメーカーから連絡がありました。

Arevoバイクフレームのデザインを見ると、実際には従来のバイクデザインから迂回しています。たとえば、シートステーがなく、従来の自転車とは大きく異なります。

Arevoのバイクは、3D空間で最適な方向に向けられた非常に強力なカーボンファイバーで作られたユニボディバイクです。非常に頑丈で軽量なユニボディ構造の設計を実現できます。

ソフトウェアツールを使用して、自転車の実際の乗り心地を調整できます。バイクの特定の領域で剛性を調整し、必要に応じて、さらに弾力性のあるライドを可能にします。従来の自転車では、基本的に常に同じフレームを何度も何度も作成しようとしています。

一方、3Dプリントされたフレームは、新しいバイクを市場に投入するという非常に長いプロセスに慣れている業界に、新しいビジネスモデルを開きます。今日、1年に約100万の複合フレームが作られています。そして今、私たちのテクノロジーを使って、オンデマンドで非常にカスタマイズされたフレームを実際に導入できます。

私たちの目標は、この機能を活用する新しいアプリケーションを作成し続けることです。

本番環境へのカスタマイズされたアプローチはスケーラブルなビジネスモデルですか？

自転車に関しては、カスタマイズには大きな価値があります。すべての人はユニークです。フレーム用に設計、セットアップ、調整された自転車に乗っていないときは、より疲れます。したがって、自転車は実際にはカスタマイズの価値を実証するための優れた手段です。

マイクロモビリティと非常に便利な車両で歩き回る能力については、全体的な傾向があります。バイクはそれを表しています。多くの異なる国で、それは主要な交通手段です。

フォームと機能のカスタマイズが必要な場合、マスマーケットでこれを行うことはできません。しかし、私たちのテクノロジーを使用すると、消費者はフレームを設計でき、ソフトウェアは、設計したフレームが構造的に健全であることを保証できます。

次に、それを3D印刷セルに送信して、オンデマンドで自転車を製造できます。そのため、コンセプトから製造までのプロセスは非常に単純化されています。

自分のテクノロジーで他にどのようなアプリケーションを想定していますか？

今日、私たちは自転車とモビリティのアプリケーションに焦点を当てています。これらは、非常に軽量で、強度と重量の比率が高く、カスタマイズされた製品である、当社が提供する価値提案を活用できるアプリケーションです。

業界全体を見ると、パフォーマンスを向上させることが非常に重要です。スポーツ部門だけでなく、自動車、エネルギー、航空宇宙産業でも。

軽量、高性能、高度なカスタマイズが必要な場合、さまざまなアプリケーションに取り組んでいます。そして、それらは私たちの技術を使用できる重要な分野です。

ロボット工学はあなたのテクノロジーにどのように適合しますか？

3D印刷全体を見ると、ほとんどの3D印刷はレイヤーベースであり、レイヤーはX平面とY平面に配置されます。そのプロセスで作られた部品の特性を見ると、Z方向に影響を受ける傾向があります。

完全に関節式の6軸ロボットを使用して、炭素繊維をX、Y、Z方向に堆積させます。 Z方向に配置できるため、他のレイヤーベースのテクノロジーを悩ませているZ強度の問題を排除しました。これは、当社の蒸着技術のユニークな機能の1つです。その中でロボット工学が大きな役割を果たしています。

2つ目の側面は、印刷できるパーツのスケールです。現在、ほとんどのシステムは特定のビルドエンベロープに追いやられています。つまり、特定のサイズのパーツしか作成できません。特定のサイズを超える場合は、パーツをサブアセンブリに分割して、より大きな構造にする必要があります。

私たちのロボットは、ロボットをガントリーに置いて航空宇宙部品を作ることができるため、無限のビルドエンベロープ機能を提供します。同時に、同じロボットが自転車を作ることができます。私たちのロボットの到達範囲は4メートルの大容量です。基本的に、大きな活字封筒を提供するという点で非常にスケーラブルです。

複合3D印刷市場の現状をどのように説明しますか？テクノロジーはどの程度進んでいますか？

複合材業界は、かなり前から添加剤を使用してきました。ジオメトリの複雑さは、曲率が非常に小さいパーツのように、金型にフィットできるものに非常に限定されているだけです。さらに、レイヤーは通常手動で配置されるため、複雑さがかなり制限されたパーツになります。

そのため、複合3D印刷はしばらく前から存在しています。しかし現在、ファイバーの配置を自動化する自動化されたロボット工学やメカトロニクスシステムのようなものは、より複雑な形状を可能にします。

さまざまな種類の樹脂システムからさまざまなユースケースを対象とするまで、複合材料製造の自動化にさまざまなアプローチを採用している企業はたくさんあります。

そしてそれは非常に役立ちます。

全体として、複合3D印刷セクターは健全な状態にあり、アレボが主導権を握っていると思います。

業界が直面している課題には、一般的な3D印刷、具体的には複合3D印刷のいずれかがありますか？

最大の課題は、添加剤で何が可能かを探求するための利用可能なソフトウェアツールの不足に起因すると思います。あなたは伝統的な製造技術を見るという考え方を持っており、私たちは伝統的な製造技術で教育を受けました。

人々はしばしば伝統的な方法で作られた部品から始め、その部品に添加剤を強制的に適合させたいと思っていますが、それは常に一致するとは限りません。

しかし、金属、複合材料、ポリマーベースのいずれであっても、添加剤でできることを実際に活用する場合、その独自性と複雑さの観点から、そのプロセスをガイドし、設計者に通知するためのツールが本当に必要です。とエンジニア。

今後5年間で業界はどのように進化していくと思いますか？

とても励みになります。アレボの創業以来、私たちは常に生産部品に焦点を当ててきました。

今日の業界全体を見ると、誰もが生産部品について話しているのを見るのは本当に励みになります。これが共通のテーマです。

今後、業界でも品質とスケーラビリティについて話し合うようになると思います。製品の製造を開始するとき、大規模で再現性の高い製品を製造することが業界の重要な焦点になります。

部品とプロセスの品質を確保することは、現時点での積層造形の大きな論点です。これに対するアレボのアプローチは何ですか？

Arevoが達成できた重要なブレークスルーの1つは、レーザーベースの蒸着プロセスです。

さらに、現場検査が可能な機械学習アルゴリズムを採用しています。センサースイートがあり、製造中の部品の現場検査を行うことができます。

これにより、ボイドが1％未満の非常に均質な印刷物を得ることができます。部品の断面を作ることができ、それを顕微鏡で持ち上げると、非常に均質な印刷物を観察することができます。

これは、航空宇宙などの非常に要求の厳しいアプリケーションにアクセスする場合、非常に高品質の部品になります。この現場での品質管理と閉ループ監視を組み合わせることで、再現性と予測性のある品質を実現できます。

アレボの今後12か月はどうなりますか？

今後12か月で、製造実行に焦点を当てます。バイクを発売して以来、実際には私たちが満たすことができるよりも多くの需要があります。来年の目標は、新しいアプリケーションのリリースを継続することですが、主に現在の需要に合わせて容量を拡張することです。

Arevoの詳細については、次のURLをご覧ください。 https://arevo.com/