3Dプリンティングが自動車業界をどう変えるか：4つの主要デジタル製造トレンド

自律走行車、電気自動車、マスカスタマイゼーションが自動車ランドスケープを再定義しています。インダストリー4.0時代に競争力を維持するため、メーカーは3Dプリンティング技術の採用を加速させています。

1. 3Dプリンティングが車両電動化を推進

Jabilの最近の調査では、自動車メーカーの48%が電気自動車で市場リーダーを目指しています。この野心が、積層造形（AM）のセクター全体での活用拡大を後押ししています。

業界が内燃機関からEVへシフトする中、3Dプリンティングは迅速な開発経路を提供し、これまで不可能だった設計を可能にします。生成設計ツールとAMの設計自由度による軽量化は、車重減が直接航続距離延長とバッテリー容量削減につながるEVにおいて特に重要です。

「生成設計とAMは、まもなく電気自動車の軽量部品の主要なイネーブラーになるでしょう」と、GMのアディティブ設計・製造ディレクターKevin Quinn氏はAdditive Manufacturing Mediaのインタビューで語っています。

軽量化は不可欠です：重い車両は航続距離目標達成のためにより大型のバッテリーを必要とし、バッテリー自体が大きな質量を加えます。したがって、車両やコンポーネントの1kg削減が航続距離延長と性能向上に直結します。

Local MotorsのOlli（自律走行3Dプリント電気シャトル）はこのトレンドを体現しています。世界最大級の3DプリンターであるORNLのBAAM（大面積積層造形）とThermwoodのLSAM（大規模積層造形）を使用し、屋根と下部ボディを含むOlliの構造部品の大半を造形。Olliは現在、世界13か所で試験運行中です。

米国のサステナブル車両メーカーArcimotoは、XponentialWorksと提携し、Fun Utility Vehicle（FUV）に3Dプリント部品（リアスイングアーム、ナックル、アッパーコントロールアーム、ブレーキペダル）を採用。これらのコンポーネントはParaMattersの生成設計ツールで再設計され、34%〜49%の軽量化を実現。この再設計で200ポンド目標のうち120ポンドを達成し、最終目標到達を間近に控えています。

今後10年は、EVセクターが持続可能な車両生産のために3Dプリンティングをどう最大活用するかを探る上で極めて重要になるでしょう。

2. AMを自動車量産に統合

3Dプリンティングは最初、迅速なプロトタイピングで注目されましたが、メーカーは今、直接部品生産と工治具への活用を進めています。これはデジタル量産への移行を示唆しています。

しかし、自動車生産には高スループット、低材料コスト、高度な自動化が求められます。さらに、需要パターンの変化、サプライチェーン動態、マスカスタマイゼーションへの要求が複雑さを増しています。

これらの課題に対応するため、AM業界は急速に進化しています。例えば金属バインダージェッティングは、他の多くの金属AMプロセスより高速なプリント速度を提供し、量産への明確なアドバンテージとなります。

自動車メーカーはAMワークフローの自動化も進めています：DfAM（AM向け設計）ツール、トレーサビリティのためのMES（製造実行システム）ソフトウェア、自動後処理装置の導入。同時に、材料開発者はUV安定性プラスチックや、アルミニウム・鋼など自動車グレードの金属をリリースし、業界仕様を満たしています。

SmarTechレポートは、自動車AM生産収益が今十年末までに約100億ドルに達すると予測しています。

AMによる最終部品生産はまだ牽引段階ですが、技術成熟と新アプリケーションの出現により、今後5〜10年でモメンタムが加速すると予想されます。

3. 連携がAM産業化を推進

産業界と研究パートナーが連携し、3Dプリンティングを自動車向け完全自動化生産ラインへ産業化しようとしています。最近のプロジェクトの規模が、この連携の勢いを示しています。

BMWグループ主導の「積層造形の産業化とデジタル化（IDAM）」プロジェクトは、12社のパートナーを結集し、年間5万個以上の共通部品と1万個以上の個別・スペアパーツを生産可能なライン構築を目指します。金属3Dプリント部品の単価を半減させることも目標。IDAMは2年間で持続可能な金属3Dプリンティングを生産現場に確立します。

ポリマーAMでは、POLYLINEプロジェクトが3Dプリントポリマーの自動車ライン統合課題に取り組みます。新標準の開発、自動化推進、生産とサプライチェーンの効率化を図るデジタルデータワークフローの構築に焦点を当てています。

両イニシアチブはドイツ拠点であり、同国の最終部品生産向けAMへの強力な投資姿勢を反映しています。

4. コネクテッドカー向け3Dプリントエレクトロニクス

コネクテッド車両は多数のセンサーとアンテナを搭載し、より小型・複雑なエレクトロニクスを要求しています。エレクトロニクス向け3Dプリンティングは、これらのコンポーネントを機械構造に直接埋め込むことを可能にし、信頼性と寿命を向上させながら、コストと開発時間を削減します。

ポルトガルのシステム・ロボティクス研究所の研究者たちは、物理ボタンを置き換える3Dプリントタッチセンサーを探求中。Neotech AMT GmbHは、車内ヒーターパターンの3Dプリントに可能性を見出し、軽量化、部品点数削減、組立工程簡素化を実現しています。

3Dプリント電子部品はまだメインストリームではありませんが、自動車セクターでの金属・プラスチック部品への3Dプリンティング普及を考えれば、次なる軽量・複雑エレクトロニクスの波が続くことは明らかです。

自動車における3Dプリンティング：変革の瀬戸際

車両がよりスマートで自律的になるにつれ、自動車メーカーとサプライヤーは、更なる3Dプリンティング採用を駆動する変革的シフトに直面しています。この技術は、従来プロセスでは生産できない部品の創出を可能にする、比類なき柔軟性を提供します。

AM企業との戦略的パートナーシップと、協働産業化プロジェクトが自動車製造の未来を形作っています。完全なインパクトはまだ実証途上ですが、これらのイニシアチブのビジョンとスコープは、業界における3Dプリンティングの明るい未来を示唆しています。