自動車産業における 3D プリンティング:設計と生産の進歩

積層造形の初期の頃から、自動車業界からこの技術に関心が寄せられてきました。アメリカの自動車メーカー、フォードは 1986 年に史上 3 台目の 3D プリンターを実際に購入し、3D プリンティングと自動車セグメントの間の実りある生産的な関係の始まりを示しました。

フォードが 3D プリンティングを初期に採用して以来、このテクノロジーは多くの自動車メーカーによってある程度採用されてきました。大手自動車会社は製品開発やサプライ チェーンへの影響を確認するためにこのテクノロジーを実験してきた一方、ダイバージェントやローカル モーターズなどの小規模な自動車新興企業は、3D プリンティングが自社の生産に不可欠な部分であることを認識しています。

最近、自動車業界は、主に積層造形用のプロトタイピング アプリケーションから最終用途の生産への移行を経験し始めています。このテクノロジーの柔軟な性質と幅広い設計の自由度により、自動車メーカーは新しい最先端の車両コンポーネントを設計し、生産ワークフローに革命を起こし、顧客にますますカスタマイズされたソリューションを提供できるようになりました。

自動車業界における 3D プリントの利点

積層造形は、減算法ではなく加算法で部品を構築する一連のプロセスを指す広義の用語です。これは本質的に、ブロックから材料を除去するのではなく、部品を層ごとに構築することを意味します。この製造アプローチと、この技術に関連する多くのプラットフォーム (光造形、溶融堆積モデリング、選択的レーザー焼結など) は、従来の製造プロセスでは得られないさまざまな独自の利点を提供します。

自由なデザイン

3D プリンティングでは部品が層ごとに構築されるため、このプロセスにより設計の自由度がかつてないほど広がり、部品の最適化と軽量化の機会が生まれます。自動車分野では、燃料効率を改善しようとする場合、部品の重量 (および車両の全体重量) を削減する能力が不可欠です。 3D プリントにより、複雑な内部形状を統合した自動車部品を再設計して作成できるため、品質を犠牲にすることなく重量と材料の使用量を削減できます。

パーツの統合

積層造形により、軽量化だけでなく、メーカーは部品を再設計して統合し、複数の部品から成るアセンブリを 1 つの部品に変換することもできます。この機能は、構造の軽量化に貢献し、特定の部品の性能を向上させることさえできます。自動車分野では、部品の統合により、生産および組立プロセスの合理化に役立ちます。

カスタマイズ

自動車の生産について考えるとき、多くの場合、大量生産を思い浮かべます。つまり、洗練された生産ラインが、車に組み立てられる前に何百万もの同じ部品を生産します。しかし、3D プリンティングの普及により、自動車業界では、実現可能なコストで新たなレベルの自動車のカスタマイズが可能になりつつあります。特に少量生産車や特殊車両の場合、カスタムのインテリア機能を手頃なコストで車に組み込むことが可能になりました。たとえば、自動車ブランドの MINI では、顧客はさまざまなパーソナライズされた 3D プリントの内装部品から選択できます。

迅速な所要時間

3D プリントによって自動車の生産をスピードアップできる方法は数多くあります。 1 つは、プロトタイピングの段階で 3D プリンティングを使用してテスト用の機能部品を迅速に製造できるため、自動車の設計者やエンジニアがコンポーネントの設計が実現可能かどうかを迅速に判断できるようになります。製造段階では、自動車メーカーが迅速なツーリングのために 3D プリントを使用しており、コストの削減につながります。

自動車業界における 3D プリントのプロトタイピングと試作アプリケーション

デザインのデモンストレーション

新しい車の設計プロセスでは、車の背後にあるコンセプトを正確に示すために物理的なプロトタイプを作成することが役立ち、多くの場合必要になります。 3D プリンティング技術、特にマルチカラーおよびマルチマテリアルプロセスを使用すると、車の美学や構造を表現した 1 回限りのプロトタイプや小規模モデルを迅速に製造できます。ヘッドライトから内装コンポーネントに至るまで、自動車会社による現実的なデザインのデモンストレーションに 3D プリントの使用が増えています。

機能プロトタイプ

産業用 FDM や金属 AM などの特定の 3D プリンティング プロセスは、自動車の設計および開発段階で機能するプロトタイプを作成するためにも使用されます。 3D プリントされた部品は、最適な設計が達成されるまで迅速に製造、テスト、調整できます。

ツール

3D プリンティングが自動車業界に与えた最大の影響の 1 つは、おそらく、生産前段階のツール、治具、治具の生産です。 AM を使用すると、自動車メーカーは低コストのツールをその場で製造し、小規模または中規模の生産バッチに使用したり、大量生産用のツールを検証したりできます。

自動車産業における 3D プリントの製造アプリケーション

カスタムパーツ

前述したように、自動車分野における 3D プリンティングの最大の利点の 1 つはカスタマイズです。より多くの部品を製造するほどコストが削減される射出成形とは異なり、3D プリントのコストは製造される部品の数に依存しないため、1 回限りのパーソナライズされたコンポーネントの印刷に適しています。同様に、デジタル デザインおよびカスタマイズ ソフトウェアのおかげで、高級車や特別仕様車のパーソナライズされた内装や装飾機能を迅速に繰り返すことができます。

交換部品

自動車分野における 3D プリンティングのもう 1 つの重要な生産アプリケーションは、希少車やビンテージ車のスペアまたは交換部品の作成です。部品が古くなった場合、3D プリントを使用することで、自動車専門家がコンポーネントをリバース エンジニアリングし、その場で製造することが可能になります。たとえば、昨年、Siemens Industrial Turbomachinery Ltd. は 3D スキャンとプリントを利用して、100 年前の車を動作可能な状態まで復元しました。

内部コンポーネント

自動車用 3D プリンティングはまだニッチな分野ですが、技術が進歩し続けるにつれて、ボンネット下のコンポーネントをプリンティングする機会が増加しています。現時点では、このようなアプリケーションに対する AM の実行可能性を実証するいくつかの実験が進行中です。たとえば、フォードは最近、ラリー乗り物「フーニトラック」内にインテークマニホールドを設置しました（これまでに自動車に設置された最大の金属 3D プリント部品）。また、ダイバージェント テクノロジーズも金属 3D プリントを利用して、ブレード スーパーカーのシャーシを製造しています。

RapidDirect3D 印刷サービス

RapidDirect では、溶融堆積モデリング (FDM)、PolyJet 3D プリンティング、選択的レーザー焼結など、さまざまな自動車用途に対応できる幅広い 3D プリンティング サービスを提供しています。幅広い素材のおかげで、当社の最先端の 3D プリント技術は、機能的なプロトタイプ、デザインのデモンストレーション、カスタマイズされた部品などの製造に使用できます。

当社の専門家チームはクライアントと緊密に連携し、部品が予定通りに 3D プリントされて納品されるだけでなく、積層造形向けに最適化されていることを確認します。最後に、当社の一連のプロフェッショナルな仕上げサービスは、3D プリントされた製品とパーツを高品質に仕上げます。