自動車製造を牽引するトップ5トレンド：イノベーションの現在地

Fast Radius キーアカウントマネージャー Shant Alexanian 著

自動車製造業界が直面する最大の課題の1つは、より軽量で、より高強度、より低コストな部品を生産する技術への絶え間ない要求です。これにより多くのメーカーが、変化する消費者と業界のニーズにより効果的に応える革新的な新材料と新工法を模索しています。

例えば電気自動車（EV）の需要を取り上げてみましょう。現在、バッテリーメーカーが現在の技術で可能なことの限界に達しつつあるため、自動車業界のEV供給能力は、消費者が手頃な価格で購入できる水準を下回っています。

しかし、パワートレイン技術の新設計（バッテリーエネルギーをモーター用AC電力に変換するシステム）には、炭化ケイ素（SiC）半導体技術が含まれ、バッテリー効率を高めながら製造コスト効率を改善します。これは一例に過ぎませんが、パワートレイン技術の発展は、コスト・燃費効率、サステナビリティ、パーソナライゼーションへの注力増大という、自動車製造セクター全体で起きている大きな動きの証拠です。2020年の主要な自動車業界トレンドをいくつか紹介します。

1. 軽量・燃費効率の良い材料

多くの自動車部品は伝統的に鉄と鋼合金で製造されてきました。両者は強靭ですが重い材料です。しかし、製造技術の発展により、自動車企業はこれらの金属部品を、アルミニウム、マグネシウム、高性能プラスチック、カーボンファイバー、その他複合材料など、著しく軽量で同等の強度と剛性を提供する新しい材料セットで置き換えられるようになりました。これにより、消費者ニーズとますます厳格化する連邦燃費基準の両方を満たせます。

米国エネルギー省（DOE）によると、革新的な軽量材料を自動車設計に取り入れることで、シャシー重量を最大50%削減でき、重量10%削減ごとに燃費を最大8%向上させられます。メリットは実証済みです。Fordが2015年にオールアルミニウムのF-150ピックアップを発表した際、市場のスチール製競合車より大幅に軽量で、ベストインクラスの燃費を達成しました。

自動車セクターが電動化にシフトする中、軽量材料は特に重要になります。車両質量を増やさずに、より高度な安全、電子、排ガスシステムを搭載できるためです。DOEによれば、軽量コンポーネントと高効率エンジンを搭載した軽自動車が25%に達すれば、2030年までに消費者は年間50億ガロン以上の燃料を節約できる可能性があります。燃費向上はEVの航続距離延長にもつながります。

カーボンファイバーは、その強度と剛性がメーカーにとって魅力的です。軽量金属や他の複合材料と同等の性能特性を持ちながら、大幅に低質量な部品の製造を可能にするためです。

しかし、カーボンファイバー製造には極めて精密な製造法が必要なため、労働集約的で高コストな材料です。現在のカーボンファイバー需要の大半は航空宇宙とエネルギー分野から来ていますが、製造プロセスがより先進的かつコスト効率良くなれば、自動車設計により多くのカーボンファイバーが取り入れられる可能性が高いです。

2. 自動化と自動運転車

自動化も重要な自動車製造トレンドです。人工知能、機械学習、IoT（モノのインターネット）技術の力と効率を活用し、自動車企業は車両の安全性と効率の両方を改善しています。

特にIoT技術は自動車セクターを変革する態勢にあります。自動運転車はかつて不可能と思われましたが、今日メーカーは、他の自動運転車が取得したリアルタイムデータに基づいて走行アルゴリズムを更新するスマートカーを作っています。

このデータはクラウドシステムにアップロードされ、分析され、車両群全体の自動機能改善のために再分配されます。これにより、高性能カメラ、レーザー、リモートセンサーの複雑なシステムを使用して、アダプティブクルーズコントロールや車線逸脱検知を実現し、乗員安全性を向上させます。

さらに、COVID-19パンデミックは自動運転車の潜在的メリットも浮き彫りにしました。具体的には、感染リスクを伴う対面対話なしで、食料品、薬、その他物品を配達できる能力です。

3. 電気自動車

EVは以前、航続距離と高い製造コストによって制限されていましたが、最先端のリチウムイオン正極バッテリーが近年より強力かつ経済的に製造可能になっています。実は、EVはガソリン車より2022年頃には製造コストが安くなる可能性があります。バッテリー価格は2010〜2019年に80%下落し、さらに来年は45%下落すると予測されています。

Teslaは、バッテリー技術の限界を押し広げ続けるコミットメントにより、電気自動車製造の主要プレーヤーの1つです。耐久性があり長航続距離のバッテリーへの欲求から、同社はリチウムイオン電池からリン酸鉄リチウム電池へシフトしました。化学組成の変更により、バッテリー製造コストが下がり、充電間の航続距離が400マイル超に延び、バッテリー寿命が100万マイルまで延長可能になりました。さらに、リン酸鉄バッテリーはより安全で、二次・三次ライフサイクルでエネルギー貯蔵として再利用できます。

自律走行とEVセクターの交点にあるもう1つの主要プレーヤーは、Google親会社の子会社Waymoで、最近Volvoと提携し、ドライバーレスかつ電気のライドシェア車両フリートを生産しています。これらの車両はレベル4自律性を持ち（自動車技術者協会の標準化評価システムでは、レベル0は無自律、レベル5は完全自律）、大半の状況でユーザー入力なしで自律走行可能です。これらすべての要因が、動力源を化石燃料からますます効率的な電気バッテリーへシフトさせ、自動車製造業をより持続可能にしています。

4. アディティブ製造で「作れないものを作る」：3Dプリント

アディティブ製造手法は多くの自動車企業がより高性能な車を効率的に生産するのを支援していますが、技術の全ポテンシャルはまだほぼ未開拓です。3Dプリントはラピッドプロトタイピングに広く使われていますが、アディティブ技術の発展により、メーカーは今や生産工具と最終用途部品を3Dプリントできます。

アディティブ技術は設計と生産の合理化にも役立ちます。例えば、以前は別々に成形して溶接する必要があった多くのコンポーネント（吸気ダクトなど）を、今ではアディティブでワンステッププロセスで製造できます。アディティブ技術は、従来法で製造されたコンポーネントより、ダッシュボードとパネリング内部で大幅にスペースを節約するユニークな形状の創造にも使用できます。

Fordはアディティブ技術の変革的パワーをいち早く活用した自動車メーカーの1つです。2020年型Shelby GT500の設計で、特定部品コンポーネントの10以上の異なる設計をアディティブ製造プロセスで同時にテストしました。これにより、「これまでで最も空力的に進化したMustang」と呼ばれるものを作り出しました。

オンデマンドアディティブ製造の柔軟性は、潜在的な自動車業界サプライチェーン課題の緩和にも役立ちます。Porscheは例えば、レガシーカーモデルのレアまたは低ロットコンポーネントを3Dプリントで生産しています。技術の汎用性により、これまで以上に多くの自動車コンポーネントが革新的手法で製造される可能性が高いです。

5. 大量カスタマイゼーション

もう1つの新たな自動車業界トレンドは大量カスタマイゼーションで、これはパーソナライゼーションへのより大きなグローバルトレンドを反映しています。今日、新車選択時にパーソナライゼーションを重要視する人は3人に2人の割合でいます。

アディティブ技術は、スペシャルティカーメーカーが極めて低ロットでユニークな車をより効果的に生産できるだけでなく、非高級メーカーにも車両のコスト効率の良いカスタマイズオプション提供を可能にします。

MiniとFerrariは、車外装パネルの色からLEDトリム照明や個別ダッシュボードといった粒度の細かいディテールまで、購入者があらゆるものをカスタマイズできるようにしています。メーカーはオンデマンド製造のメリットを活用し、パーソナライゼーションがもたらす課題を効率的かつ経済的に克服できます。伝統的製造モデルが支持する大量生産ではなく、オンデマンド製造は運用アジリティを通じて生産を需要に精密に適応させます。

より自律的で持続可能な未来の製造

究極的にこれらのトレンドは、高品質、効率的、持続可能、かつ特定ニーズに合わせた製品への広範な消費者関心を反映しています。今後数年で成功するベストポジションにある自動車メーカーは、新技術革新を活用し、顧客ニーズをより効率的かつ効果的に満たせる企業です。スマート技術、自動化、電動化、カスタマイゼーションは、自動車業界の進化を形作り続けるトレンドです。

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