豊田自動織機が 3D プリンティングのイノベーションをリード：試作から量産まで

豊田自動織機の日本の研究開発統括センターでは、単に新しい機械があるから採用するのではなく、技術者が用途ごとに最適な製造方法を慎重に選択しています。この慣行は、健全な社内競争という会社の文化と、最前線のスタッフが使用する機器を選択する必要があるという信念を反映しています。

豊田自動織機は織機メーカーとしてスタートしましたが、現在ではさまざまな研究開発プロジェクトを手がけ、自動車ライン向けのコンプレッサー、エンジン、DC-DC コンバーター、車載バッテリー、充電インバーターなどの重要なコンポーネントを製造しています。

2019 年から積層造形 (AM) 戦略を主導してきたグループ マネージャーの大岩 裕之氏に、同社が 3D プリンティングのアプローチをどのように進化させてきたかについて話を聞きました。

大岩氏は、トヨタグループは一枚岩ではないと説明する。各子会社は独立して運営されており、重複する部品が必要な場合は、内部競争によりトヨタ車に採用される最終デザインが決定されます。

自動車分野では、豊田自動織機はエンジン、エアコン用コンプレッサー、DC-DC コンバーター、車載バッテリー、車両電圧を 100V に変換して家庭用コンセントを携帯用に使用できる充電インバーターを製造しています。同社は、フォークリフトや繊維機械などの産業用車両も供給しています。

豊田自動織機が自動車分野で取り扱う製品（写真提供：豊田自動織機株式会社）

豊田自動織機が産業機械分野で取り扱う製品（写真提供：株式会社豊田自動織機）

大岩氏が 2019 年に研究開発管理センターに入社したとき、使用されていた 3D プリンティング技術は、大規模なカラー試作品用のインクジェット プリンターだけでした。出力品質は高かったものの、インクジェットは最終用途の部品には適していなかったため、より汎用性の高い AM ソリューションへの移行を促しました。

大岩氏と製造責任者は、溶融堆積モデリング (FDM) プリンターを独自に使用している部門長を調査し、プロトタイピングを超えた全社的な導入を調整するために「3D プリンター連絡グループ」を結成しました。

量産 3D プリンタに関する世界的な研究により、光造形 (SLA) と選択的レーザー焼結 (SLS) が最も有望な技術であることが判明しました。

トヨタは Formlabs Form3 と 2 台目の SLA プリンターを購入し、チームが両方をテストして最適なものを選択できるようにしました。

さまざまな部門が特定の仕事のためにプリンターと材料を選択し、学んだ教訓を共有しました。集団的な好みは Form3 に落ち着きました。

大岩氏は、選択の理由は材料の多用途性にあると考えています。他のプリンタの工業用樹脂は発売後すぐに製造中止になりましたが、Form3 は幅広い樹脂をサポートし、多様な用途のニーズを満たしました。

記録的な速度を誇る次世代 SLA プリンタである Form4 が市場に投入されたとき、トヨタは原田車両設計と提携してそれを採用し、現場の要望に応えました。

同じ哲学が、Fuse シリーズ SLS プリンタの採用を導きました。大岩氏は当初、粉末残留物や表面仕上げの懸念から躊躇していましたが、Owl Craft の武井真也氏によるプレゼンテーションの後、最終用途部品と Fuse Blast 自動後処理ソリューションの成功を実証した後、説得されました。

Fuse シリーズが生産開始されると、環境、広報、デザイン チームを含む部門全体でリクエストが倍増しました。

注目のケースは、複雑なコイル巻線形状を備えたモーター評価コンポーネントです。 SLA でも形状を加工できますが、SLS は必要な機械的強度を提供し、サポート構造を排除したため、より高い精度が可能になりました。

サポート材が不要であることと、SLS で実現できる細部までの作りが、ユーザーからのリピート注文と高い評価を獲得しました。

トヨタ創立 100 周年を記念して、自動織機のシャトルからインスピレーションを得た軽量で耐熱性の照明器具が、PA12 ナイロン パウダーを使用して新本社ロビー用に印刷されました。

Fuse シリーズが提供する精度と詳細は、PA12 の人気と相まって、その繊細さでエンジニアに感銘を与えた第一世代のフォークリフト レバー セットも生み出しました。

現在のリクエストの構成:治具が約 30%、プロトタイプが 60%、そのうち 40% が機能評価、20% が適合性と形状のテストに使用されます。

大岩氏の最終的な目標は、積層造形を量産規模まで拡大することです。

3D プリンティング ルームには、安全で効率的なワークフローを確保するために、高い天井、空気清浄機、ヒューズ シフトなどの専用の粉体除去装置が備えられています。

中期計画には、Jet Fusion のような大型粉末床核融合機の買収が含まれていますが、戦略は、規模を拡大する前に、まず小型の Fuse シリーズ ユニットを習得することです。

AM は大幅に進歩しましたが、日本の製造現場での普及には量産が依然として最後のハードルであることを大岩氏は認めています。それにもかかわらず、彼は毎年の進歩に尽力しています。

大岩は、2026 年に上海で開催される技能五輪国際大会で日本の AM チームのインストラクターも務めており、この分野でのリーダーシップを発揮しています。

トヨタの社内競争の文化と、最前線のスタッフに機器選択の自主性を与えるという原則により、R&D 管理センターでの Formlabs プリンタの導入の成功に代表されるように、同社の AM 展開が加速しました。

Formlabs 3D プリンタについて詳細を確認するか、営業担当者にお問い合わせください。