自動車産業における3Dプリント：設計と生産の革新

積層造形の初期から、自動車産業はこの技術に関心を示してきました。米国の自動車メーカーFordは、1986年に製造された3台目の3Dプリンターを購入し、3Dプリントと自動車セグメントの間で実りある生産的な関係の始まりを告げました。

Fordによる3Dプリントの早期採用以来、この技術は何らかの形で多くの自動車メーカーに採用されてきました。大手自動車企業は、製品開発とサプライチェーンへの影響を確認するために技術を試験的に導入しましたが、DivergentやLocal Motorsなどの小規模な自動車スタートアップは、3Dプリントを生産の不可欠な部分として見出しました。

最近、自動車産業では、積層造形の用途が主に試作から最終用途部品の生産へとシフトし始めています。この技術の柔軟な性質と広範な設計自由度により、自動車メーカーは新しく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もたらし、顧客により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っています。

自動車産業における3Dプリントの利点

積層造形は、減法的ではなく加法的に部品を造形する一連のプロセスの総称です。これは本質的に、ブロックから材料を削り取るのではなく、層ごとに部品を積み上げることを意味します。この製造アプローチと、ステレオリソグラフィー、溶解積層法、選択的レーザー焼結など、技術に関連する多くのプラットフォームは、より伝統的な製造プロセスにはない独自の利点を提供します。

設計自由度

3Dプリントでは部品が層ごとに積み上げられるため、前例のない設計自由度の機会が開かれ、それが部品の最適化と軽量化の機会を生み出します。自動車分野では、コンポーネントの重量（および車両全体の重量）を削減する能力は、燃費向上を目指す際に不可欠です。3Dプリントは、品質を犠牲にすることなく、複雑な内部形状を統合した自動車部品の再設計と作成を可能にし、重量と材料使用量を削減します。

部品統合

軽量化に加えて、積層造形はメーカーが部品を再設計・統合することも可能にします。複数コンポーネントのアセンブリを単一の部品に変換します。この能力は、ますます軽量な構造に貢献し、与えられた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と組立プロセスを効率化できます。

カスタマイズ

自動車生産を思い浮かべると、多くの人は大量生産を想像します。洗練された生産ラインが何百万もの同一の部品を生産し、それらを車両に組み立てます。しかし、3Dプリントの普及により、自動車産業は今、実現可能なコストで車両の新たなレベルのカスタマイズ性を実現しています。特に少量生産や特殊車両では、カスタム内装機能を適正なコストで車両に統合することが可能になりました。自動車ブランドのMINIは、例えば、顧客がパーソナライズされた3Dプリント内装パーツを選択できるようにしています。

短納期

3Dプリントが自動車生産をスピードアップできる方法はいくつかあります。まず、試作段階では、3Dプリントを使用してテスト用の機能部品を迅速に製造でき、自動車設計者とエンジニアがコンポーネントの設計が実行可能かどうかを迅速に判断できます。生産段階では、3Dプリントは自動車メーカーによってラピッドツーリングに使用され、コスト削減につながっています。

自動車産業における3Dプリントの試作および量産前用途

設計デモンストレーション

新車の設計プロセスでは、コンセプトを正確に示すために物理的な試作モデルを制作することが有用であり、しばしば必要です。3Dプリント技術、特に多色・多材料プロセスは、車の美観と構造を描写するワンオフの試作モデルや小型モデルの迅速な制作を可能にします。ヘッドライトから内装部品まで、3Dプリントは自動車企業によってリアルな設計デモンストレーションにますます使用されています。

機能試作

工業用FDMや金属AMなど、特定の3Dプリントプロセスは、自動車設計と開発フェーズでの機能試作の制作にも使用されます。3Dプリント部品は迅速に製造、テスト、調整され、最適な設計が達成されるまで繰り返されます。

ツーリング

3Dプリントが自動車産業にもたらした最大の影響の一つは、量産前段階における工具、治具、固定具の製造にあります。AMにより、自動車メーカーは低コストの工具をオンデマンドで製造でき、少量〜中量生産バッチや、量産のためのツーリング検証に使用できます。

自動車産業における3Dプリントの量産用途

カスタム部品

前述の通り、自動車分野における3Dプリントの最大の利点の一つはカスタマイズです。射出成形では生産数が多いほどコストが下がるのに対し、3Dプリントのコストは製造部品数に依存しないため、ワンオフのパーソナライズドコンポーネントのプリントに適しています。同様に、デジタル設計とカスタマイズソフトウェアのおかげで、ラグジュアリー車や特別仕様車向けに、パーソナライズされた内装や装飾機能を迅速に反復作成することが可能です。

補修部品

自動車分野における3Dプリントのもう一つの重要な量産用途は、希少車やビンテージカーのスペア/補修部品の作成です。部品が廃盤になった場合、3Dプリントにより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、オンデマンドで製造することが可能になります。昨年、例えばSiemens Industrial Turbomachinery Ltd.は、3Dスキャンとプリントを活用して100年物の車を稼働状態まで復元しました。

エンジンルーム内コンポーネント

まだ自動車3Dプリントのニッチな領域ですが、技術の継続的な進歩に伴い、エンジンルーム内コンポーネントのプリント機会は増えています。現在、AMのそうした用途への実行可能性を示す実験がいくつか進行中です。例えば、Fordは最近、ラリーカー「Hoonitruck」にインテークマニフォールドを搭載しました（これまで車両に搭載された最大の金属3Dプリント部品）。また、Divergent Technologiesも金属3Dプリントを活用して、Bladeスーパーカーのシャーシを製造しています。

RapidDirect 3Dプリントサービス

RapidDirectでは、溶解積層法（FDM）、PolyJet 3Dプリント、選択的レーザー焼結など、さまざまな3Dプリントサービスを提供しており、多くの自動車用途に対応可能です。幅広い材料のおかげで、最先端の3Dプリント技術は、機能試作、設計デモンストレーション、カスタマイズ部品などの製造に使用できます。

専門家チームがクライアントと密接に連携し、部品が時間通りに3Dプリント・納品されるだけでなく、積層造形向けに最適化されることを保証します。最後に、プロフェッショナルな仕上げサービスにより、3Dプリント製品と部品に高品質な仕上げを提供します。