エンジニアリングを再定義した7つの最先端3Dプリント設計

3Dプリンティングの前例のない設計自由度を活用し、エンジニアたちは最も野心的なコンセプトを現実のものとしています。

3Dプリンティングは従来製造では不可能な形状と機能を創出できます。その威力を示すため、アディティブ・マニュファクチャリングのおかげでのみ可能となった7つの印象的な設計を紹介します。

1. ブガッティの3Dプリント・チタン・ブレーキ・キャリパー

用途： 自動車
メリット： 軽量化、高強度

ブガッティの最新シロン・スーパーカーには、選択的レーザー溶融（SLM）で製造されたチタン製ブレーキ・キャリパーが採用されています。この部品はアルミニウム製比で約40%軽量かつ大幅に高強度で、1mm〜4mmの壁厚や複雑な形状が従来の機械加工では実現不可能でした。キャリパーは高負荷試験をパスし、量産予定です。

Carbon Performanceなど他の自動車メーカーも、AI駆動設計ツールでより軽量・効率的なブレーキ・キャリパーを作成し、材料廃棄と環境負荷を低減しています。

2. ゼネラル・モーターズのジェネレーティブ設計シート・ブラケット

用途： 自動車
メリット： 大幅な軽量化

Autodesk Fusion 360のジェネレーティブ設計を用い、GMはシート・ブラケットの150イテレーションを生成。採用された設計はメタル3Dプリントで、40%軽量、20%高強度、8部品から単一コンポーネントへ統合されました。このPoCは、アディティブ・マニュファクチャリングとジェネレーティブ・アルゴリズムがアセンブリを効率化し、コスト削減できることを実証しています。

3. Altairのトポロジー最適化ヒップ・インプラント

用途： 医療
メリット： 材料最適化

Altairはトポロジー最適化とメタル3Dプリンティングを組み合わせ、骨構造を模倣したヒップ・ステム・インプラントを製造。ラティス充填設計により耐久性を約1,000万サイクルまで向上させ、従来のチタン・インプラントの主要合併症であるストレス・シールドを57%削減。規制承認はこれからですが、より長寿命で患者固有のソリューションを約束する技術です。

4. MX3Dの3Dプリント歩行者橋

用途： 建設
メリット： 革新的設計

2018年ダッチ・デザイン・ウィークで公開されたMX3Dの12メートル・ステンレス鋼橋は、溶接機を搭載したロボット・アームで造形されました。有機的で布のような構造は、あえてレイヤーを平滑化せず独特の美学を演出し、使用状況、荷重分布、空気質を監視するセンサーを内蔵。4年越しのプロジェクトは本年、アムステルダムに設置予定です。

5. GE Researchの生物模倣熱交換器

用途： エネルギー
メリット： 性能向上

GE Researchは人肺を模倣した熱交換器を開発。高温タービン排ガスと冷却流体を分離する二重ネットワーク・チャネルを備えます。3Dプリンティングによりこの複雑な設計が可能となり、現行システムより250℃高い温度で効率的に動作するコンポーネントを実現——次世代高温熱交換器への道を開きました。

6. BMWの軽量ルーフ・ブラケット

用途： 自動車
メリット： 軽量化

BMW i8ロードスターには、トポロジー最適化後の選択的レーザー溶融で製造されたメタル・ルーフ・ブラケットが採用されています。この部品は鋳造品比で44%軽量かつ10倍の剛性を実現し、アディティブ・マニュファクチャリングが従来手法では不可能な設計を解き放つことを示しています。

7. KW Micro Power & VELO3Dのマイクロタービン部品

用途： エネルギー
メリット： 複雑な内部形状

KW Micro Powerはマイクロタービン発電機用に、複雑な内部チャネルを持つチタン・ディスクの製造を必要としていました。VELO3Dと提携し、Sapphire 3DプリンターとIntelligent Fusion技術を活用。サポート不要で造形し、重量を37%削減し性能を向上。次世代メタル3Dプリンティングが、従来製造不可能だった設計を実現することを示しています。

最も複雑なアイデアを現実に

3Dプリンティングは比類なき設計柔軟性を提供し、エンジニアがトポロジー最適化形状、ラティス構造、軽量ジオメトリを実験できるようにします——これらは減法的手法では不可能です。その可能性と限界の両方を理解することで全ポテンシャルを引き出せますが、その見返り——革新的でカスタムメイドの製品——はこれまで以上に大きくなっています。