自動車産業における3D印刷：4つの主要なデジタルマニュファクチャリングトレンド

自動運転車、電気自動車、マスカスタマイゼーションの新しいトレンドにより、自動車メーカーとサプライヤーは適応を余儀なくされています。インダストリー4.0の時代に関連性を保つために、自動車会社は3D印刷技術の採用を加速しています。

現在、3D印刷、つまりアディティブマニュファクチャリング（AM）は、プロトタイピングや工具製造からスペアパーツや最終部品の製造まで、自動車製造の多くの段階で使用されており、自動車メーカーは俊敏性と革新性を維持できます。

3D印刷が自動車業界でより強力な足場を築くにつれ、この分野のテクノロジーの未来を形作る4つのエキサイティングなトレンドを探ります。

1。 3Dプリントは車両の電化を促進します

ジェイビルによる最近の調査によると、自動車メーカーの48％が電気自動車のマーケットリーダーになることを目指しています。この車両の電化の増加傾向は、自動車でのAMの使用の増加に影響を及ぼします。

業界が内燃機関から電気自動車に移行するにつれて、開発をスピードアップできるソリューションとして3D印刷が台頭しています。そして、自動車部品の設計に対する私たちの見方を根本的に変えます。

後者は、ジェネレーティブデザインなどの新しいデザインツールの軽量化機能と、高度なデザインを実現するAMの柔軟性のおかげで可能になります。

Additive Manufacturing Mediaとのインタビューで、ゼネラルモーターズのアディティブデザインおよび製造ディレクターであるKevin Quinnは、ジェネレーティブデザインとAMが軽量部品を推進する主要なテクノロジーになるのは時間の問題だと述べています。電気自動車。

しかし、なぜ軽量化がそれほど重要なのですか？

燃料消費量と排出量の削減を支援するために、燃焼エンジンを搭載した車両では、重量を減らすことが長い間目標でした。電気自動車では、軽量化は依然としてエネルギー消費量を削減し、特定のバッテリーでの走行距離を伸ばす役割を果たします。しかし、別の考慮事項があります。

車両が重いほど、確立された範囲とパフォーマンスの目標を達成するために必要なバッテリー容量が大きくなります。ただし、バッテリーは他の車両コンポーネントに比べて重いため、バッテリー容量を追加すると、車両の重量が不均衡に増加する傾向があります。

これは悪循環であり、EV車両では、車両全体の重量とそのコンポーネントの重量の両方で軽量化が重要であることを意味します。

2020年現在、いくつかのEVプロジェクトは開発と生産で3D印刷を使用します。一例として、ローカルモーターズのOlliがあります。これは、ローカルの低速輸送用に設計された3Dプリントの自律型電気シャトルです。

シャトルは、主に都市、ビジネス、大学の都市部で使用するために設計されています。キャンパスと病院。

では、会社はこれをどのように達成したのでしょうか？

Local Motorsは、世界最大の3Dプリンターのいくつかを使用しました–ORNLのBigArea Additive Manufacturing（BAAM）とThermwoodのLarge Scale Additive Manufacturing（ LSAM）マシン–車両の屋根や下半身など、Olliのほとんどのコンポーネントを製造します。

現在、世界中の13か所で試験が行われている自律シャトルは、大きなマイルストーンを示しています。 EV制作に3Dプリントを使用する場合。

ただし、3DプリントされたEVを追求しているのはローカルモーターズだけではありません。米国の持続可能な車両メーカーであるArcimotoは、XponentialWorksと共同開発した軽量の3Dプリントコンポーネントを備えたFun Utility Vehicles（FUV）を製造しています。

リアスイングアーム、ナックルなどの部品、上部コントロールアームとブレーキペダルは、ParaMattersのジェネレーティブデザインツールを使用して3D印刷用に再設計され、34〜49％の軽量化を実現しました。

これまでに部品が再設計されたことで、両社は200ポンドの軽量化目標のうち120を達成し、今後数か月で最終目標を達成する予定です。

EV業界は3D印刷を最大限に活用する方法を模索し続けているため、今後10年間は​​、持続可能な自動車向けのテクノロジーの使用を加速する上で極めて重要になります。

2。自動車の量産におけるAMの統合

自動車業界は、ラピッドプロトタイピングのための3D印刷の最初の採用者の1つでした。現在、自動車メーカーは、AMの究極の価値提案として、間接（金型など）および直接部品の生産を特定しています。

この焦点のシフトは、1つのエキサイティングなトレンドを明らかにしています。自動車および3D印刷のOEMは、デジタル大量生産への道を進んでいます。

とはいえ、この旅は完全に単純ではありません。自動車産業には、高い生産性、低い材料費、高レベルの生産自動化など、独自の生産要件があります。

同時に、業界は、マスカスタマイゼーションへの動きは言うまでもなく、需要、サプライチェーンのダイナミクス、規制の変化するトレンドによって形作られています。

自動車部品生産の要件では、AM業界は急速に進化する必要があります。

しかし、業界全体でますます見られるのは、より大きな部品、より多くの量、より速い生産を達成するのに役立つ新しい技術の開発です。

この進歩は、主にハードウェアの進化とプロセスの自動化の向上によって推進されています。たとえば、金属バインダーの噴射は、実行可能な生産技術として影から現れています。自動車メーカーにとって特に恩恵である他の金属AMプロセスと比較して、より速い印刷速度を提供します。

自動化の観点から、自動車メーカーはAMワークフローの段階を合理化する方法を探しています。これには、たとえば、DfAM（Design for Additive Manufacturing）を自動化するための設計ツール、ワークフロー制御とトレーサビリティを確立するためのMESソフトウェアの組み込み、および自動化された後処理ハードウェアの統合が含まれます。

その間、自動車の要件を満たす最終用途の材料の入手可能性が高まっています。材料開発会社は、3D印刷と自動車生産を組み合わせる可能性を認識しており、UV安定性、耐久性のあるプラスチック、およびアルミニウムや鋼などの一般的な自動車用金属の発売に取り組んでいます。

これらの進展を考慮すると、このSmarTechレポートによると、自動車用AM生産からの収益はこの10年の終わりまでに100億ドル近くに達すると見込まれています。

AMは自動車業界のニーズに対応していますが、このテクノロジーを使用した最終部品の生産は、勢いを増し始めたばかりです。この牽引力は、技術の向上と連続生産のための新しいAMアプリケーションの両方によって推進され、今後5年から10年以内に加速するでしょう。

3。コラボレーションは自動車のAM工業化を推進します

企業や研究機関も同様に、3D印刷を、自動車製造のための工業化された高度に自動化された製造プロセスに変換するために懸命に取り組んでいます。

コラボレーションの増加は、最近立ち上げられたプロジェクトの数で特に顕著です。

そのようなプロジェクトの1つは、昨年開始されたドイツの添加剤製造の工業化とデジタル化（IDAM）プロジェクトです。

12のプロジェクトパートナーが、生産可能なAM生産ラインの作成を計画しています。最高の品質とコストのプレッシャーの下で、一般的な部品の生産で年間少なくとも50,000個のコンポーネントと、10,000個を超える個別のスペアパーツ。

さらに、3D印刷された金属コンポーネントの単価はさらに高くなります。プロジェクトによると、半分よりも。

BMWグループによって調整されたIDAMプロジェクトは、今後2年間実行され、生産において持続可能な金属3D印刷を確立するのに役立ちます。

金属3D印刷に加えて、業界は自動車製造用のポリマーAMの進歩も目指しています。この点で、POLYLINEプロジェクトは、自動車用ポリマー3D印刷のマイルストーンを示しています。

今年初めに開始されたPOLYLINEプロジェクトは、AMを自動車生産ラインに統合する際の既存の課題を克服することを目的としています。たとえば、プロジェクトの参加者は、生産現場での自動化を強化するための新しい標準の開発とソリューションの作成に取り組みます。

水平統合を見ると、プロジェクトはデジタルデータワークフローの確立に取り組み、効率を高めます。生産プロセスとサプライチェーン全体。

どちらのプロジェクトもドイツを拠点としていますが、これまでドイツの自動車メーカーが最終部品生産用のAMの開発に最も多くの投資を行ってきたことを考えると、これは驚くべきことではありません。

4。コネクテッドカー用の3Dプリント電子機器

世界がコネクテッドカーの新時代に突入するにつれ、車内のセンサーやアンテナなどの電子機器の数が増えています。この増加に伴い、より小さく、より複雑な電子機器を設計および製造する必要性が高まっています。

エレクトロニクス向けの3D印刷は、車両をネットワーク化し、自動車データを収集するためのスマートコンポーネントを製造する新しい方法を生み出しています。

例としてセンサーを取り上げましょう。車両が環境データと車の性能データを収集できるようにするには、ワイヤレス機能、カスタマイズされたフォームファクタ、さらには非平面ジオメトリを備えたセンサーが必要です。

従来、このようなセンサーは車両とは別に製造されており、最初に組み立ててからメーカーに出荷し、最終的にコンポーネントに取り付ける必要があります。

電子機器向けのAMシステムの進歩により、これらのセンサーを機械部品や車両の構造に直接組み込む機会が生まれました。このアプローチは、従来の方法で組み立てられたセンサーと比較して、より高い信頼性とより長い寿命につながる可能性があります。

さらに、電子3D印刷は、これらのセンサーを作成するためのコストと開発時間を削減できます。

車にあるボタンは、3Dプリントされたセンサーの恩恵を受ける1つのアプリケーションである可能性があります。ポルトガルのシステムロボット工学研究所の研究者は、物理的なボタンを3Dプリントされたタッチセンサーに置き換えるアプローチを開発しています。

3Dプリント電子機器ハードウェアの開発者であるNeotechAMT GmbHは、3D印刷電子機器の別の潜在的なアプリケーション、つまり車内のヒーターパターンを見ています。ヒーターパターンの3D印刷により、重量、部品点数、および手動の組み立て手順を減らすことができます。

すべての利点にもかかわらず、自動車用の3Dプリントされた電子部品はまだしばらく先にあります。しかし、多くの自動車メーカーが金属やプラスチックの自動車部品に3D印刷を採用しているため、より軽量で複雑な電子部品に3D印刷を使用する機会が増えることは間違いありません。

自動車の3Dプリント：変化の瀬戸際に

自動車がよりスマートで自律的になるにつれて、自動車メーカーとサプライヤーは革命的な変化の先端にいることに気づきます。これらの変化は、自動車での3D印刷の使用の増加にも拍車をかけています。

3D印刷は、企業が生産においてより柔軟になり、従来のプロセスでは不可能だったより優れた自動車部品を開発するのに役立ちます。

3D印刷技術を自動車生産に織り込むことも、それ自体がトレンドになっています。自動車メーカーはAM企業との戦略的パートナーシップを結び、AMを工業化するための共同プロジェクトを開始します。

これらの取り組みの結果はまだ実証されていませんが、その範囲とビジョンは、自動車業界における3D印刷の未来が明るいことを示しています。