自動車産業における 3D プリントの応用

過去数十年にわたるアディティブマニュファクチャリング技術の目覚ましい発展は、製品の設計、開発、製造、製造、および流通の潜在的な方法を変えてきました。自動車部門は 3D プリントの実験において非常に進歩的であり、これらの進歩は複数の側面で新しい扉を開きました。この記事では、現在の開発状況を概説し、3D プリントが自動車セグメントをどのように再形成できるかについて概説します。

3D プリントが特に優れている分野

従来の生産プロセスから 3D プリント技術への移行は、さまざまな業界の企業に部品や製品の技術面とビジネス面の改善に革命をもたらしましたが、自動車部門に関して AM が最も大きな影響を与える 2 つの主要な分野があります。

製品のイノベーション

アディティブマニュファクチャリングは、従来の製造プロセスでは製造が困難な設計上の制限が少ないコンポーネントを製造できます。この設計の柔軟性により、統合された電気配線 (中空構造による)、軽量化 (格子構造による)、および従来のプロセスでは不可能な複雑な形状などの改善された機能を追加できるようになり、革新への道が開かれます。さらに、新しい AM 技術により、電気伝導率や可変強度などの個別の特性を持つ複数材料の印刷部品を製造できるようになってきています。これらの AM プロセスは、より安全で、軽量で、より速く、より効率的な将来の車両を作成する上で重要な役割を果たします。 EDAG の Light Cocoon は、AM がイノベーションの観点から新しい扉を開く可能性のある典型的な例です。

サプライチェーン

AM は、新しいツールの必要性をなくし、最終部品を直接生産することで、全体のリードタイムを短縮します。さらに、AM は通常、コンポーネントの製造に必要な材料のみを使用するため、スクラップを大幅に削減し、材料の使用量を削減できます。さらに、AM で製造された軽量コンポーネントは取り扱いコストを削減でき、オンデマンドおよびオンロケーション生産は在庫コストを削減し、柔軟なサプライチェーンを提供します。最後に、AM は、コスト削減や、顧客の近くで製品を製造する能力の向上など、少量から中量の分散型生産をサポートし、サプライチェーンの複雑さを軽減します。

AM を適用できる製品段階

AM は、その独自の利点により、自動車生産で従来使用されていたいくつかのプロセスを置き換えることができます。ここでは、AM が自動車業界にもたらす 4 つの重要な変化を紹介します。

プロトタイピングプロセス

プロトタイピングは通常、時間がかかり、製品がより多くの反復を経るにつれて最終的に費用がかかります。ラピッドプロトタイピング (3D プリント) により、企業は大まかなアイデアを説得力のあるコンセプトの検証に変えることができます。これらのコンセプトは、最終結果に厳密に一致する非常に正確なプロトタイプにさらに進み、最終的に大量生産に向けた一連の反復と検証段階を通じて製品を導くことができます。自動車業界では、この迅速な検証が最も重要です。 3D プリントを使用すると、非常に説得力のある代表的なプロトタイプを数日で作成でき、コストを大幅に削減し、アイデアと最終製品の間の距離を縮め、製品開発ワークフロー全体を強化できます。

修理とサポート (スペアパーツ)

CAD の助けを借りて、文字通りすべての部品の設計をコンピューターのハードドライブにデジタルコピーとして保存できるため、在庫を維持する必要がなくなります。 3D プリントを使用すると、スペアパーツをオンデマンドで製造できる可能性があります。この技術へのアクセスが容易になることで、サプライヤーは 3D プリントされたコンポーネントとスペアパーツを簡単に供給できる新しいスペースを開拓するようになります。もはや存在しない部品でも、既存の部品のデジタルスキャンに基づいてリバースエンジニアリングを行うことで、必要に応じて再作成できる可能性があります。古いデザインは新しい命を吹き込まれ、クラシックカーのスペアパーツは簡単に再現できます。

カスタマイズ化

カスタマイズは、従来の製造プロセスでは非常に費用がかかり、時間がかかります。 3D プリンティングは、低コストのカスタムパーツの製造に最適であり、製造業者が製造して顧客に提供できる新しい機能を提供します。小規模なカスタムカーショップ – 3D プリントカーパーツは、仕事の品質と創造性を押し上げる方法を提供し、実験と完璧なカスタムデザインに多くの範囲を提供しています。

連続製造（さまざまな部品の組み立て）

3D プリントは、一般的な部品製造段階で効率を向上させることができます。 5 つまたは 6 つの自動車部品のアセンブリがあり、それらを組み合わせて 1 つの印刷部品にすることができます。個々の部品がより高価な場合でも、組み立て時間とコストを節約できます。部品を統合することで、3D プリントプロセスは軽量化と燃料効率の向上にも役立ちます。 3D プリントを一般的な部品製造にさらに組み込むことは、生産性の観点からより理にかなっています。

適切な技術と材料

プラスチック製のトリムから金属製のエンジンコンポーネントに至るまで、AM はそれ自体を証明しており、使用できる技術プロセスと材料の点でより多くのものを提供しています。この表は、一般的なオプションの概要を示しています。

アプリケーション	プロセス	素材	機能	例
内装と座席	SLA、SLS、MJF	ポリマー	カスタマイズされた化粧品コンポーネント	ダッシュボード、シートフレーム
タイヤ、ホイール、サスペンション	SLS、MJF、DMLS	アルミニウム合金、ポリマー	タフで頑丈なコンポーネント	サスペンションスプリング、ホイールキャップ
エレクトロニクス	SLS、MJF	ポリマー	デリケートなコンポーネント	センサー、単一パーツコントロールパネル
排気と排出	DMLS	アルミニウム合金	中空金属パーツ	冷却ベント
ボンネットの下	SLS、MJF	ナイロン	耐熱機能部品	バッテリーカバー
ライト	SLA、MJF	レジン	完全透明、ハイディテール	ヘッドライト、ヘッドライトのプロトタイプ
エアダクト	SLS、MJF	ナイロン	フレキシブルダクト	HVAC ダクト
プロトタイプ	SLA	ポリマー	高解像度、鮮明なディテール	最終的な高解像度プロトタイプ
機能的な取り付けブラケット	SLS、SLM、MJF	ナイロン PA12、チタン	軽量、高強度	オルタネーターブラケット
複雑なエンジン部品	DMLS	アルミニウム合金	統合された、軽量で機能的な金属パーツ	ウィッシュボーンサスペンション

現在の産業用途の例

多くの自動車 OEM はすでに AM との連携を開始しており、その機能と効率性を認識しています。そのような例を 2 つ紹介します。

ミシュランの 3D プリントされた Uptis タイヤ

フランスのタイヤメーカーであるミシュランは、2019 年に積層造形技術を利用した最初のプロトタイプタイヤを発表しました。Uptis (Unique Puncture-proof Tire System) と呼ばれるこれらのタイヤは、パンクやその他のリスクを軽減するためにエアレスに設計されています。パンクや道路の危険に起因する空気損失の失敗。 AMだからこそできるデザイン。成功すれば、Uptis は 2024 年までに一部の車に装備することが期待できます。最後に、これらのパンク防止タイヤは廃棄物を減らし、持続可能なモビリティを促進することもできます (同社の将来のモビリティビジョンの目標の 1 つです)。

ポルシェと最初の 3D プリントエンジンピストン

自動車大手のポルシェ 3D プリントエンジンピストンが史上初。アディティブマニュファクチャリングコンポーネントは、ポルシェ 911 GT2 の高性能エンジン用に設計されました。 3D プリントによりピストンを最適化することができ、その結果、この重要なエンジン要素は従来の方法で製造されたものよりも 10% 軽量化されました。ポルシェは、この特定の用途に最適な特性を得るために、ピストンに特殊なアルミニウム合金を使用しました。