Divergent3D の自動車シャーシ全体は 3D プリントされており、11 月 13 日から 16 日までドイツのフランクフルトで開催された Formnext 2018 の SLM Solutions ブースで初公開されました。
付加製造（AM）に関する実務知識があれば、GE の Leap ジェットエンジン プラットフォーム用の 3D プリント ノズルについてはよくご存知でしょう。これは、実際の製造現場で AM が実際に活用された初めての広く報道された事例であったため、ビジネス プレスは 2012 年からこの話を取り上げています。
一体型の燃料ノズルは、かつては20個の部品で構成されていた部品の置き換えとなる。また、ジェットエンジン内部で華氏2,400度もの高温にさらされるため、堅牢な設計が求められた。この部品は2016年に飛行認証を取得した。
現在、GE Aviation は Leap エンジンの契約を 16,000 件以上獲得していると報じられています。旺盛な需要により、同社は 2018 年秋に 30,000 個目の 3D プリント燃料ノズルを印刷したと報告しています。GE Aviation はこれらの部品をアラバマ州オーバーンで製造しており、同所では部品製造用に 40 台以上の金属 3D プリンターを稼働させています。GE Aviation によると、Leap エンジン 1 基には 19 個の 3D プリント燃料ノズルが搭載されています。
GE の役員たちは燃料ノズルの話にはうんざりしているかもしれないが、この話は同社の AM の成功への道を開いた。実際、すべての新しいエンジン設計会議は、製品開発の取り組みに積層造形を組み込む方法についての議論から始まります。たとえば、現在認証を受けている新しい GE 9X エンジンには、28 個の燃料ノズルと 3D プリントされた燃焼ミキサーが搭載されています。別の例として、GE Aviation は、約 50 年間ほぼ同じ設計であったターボプロップ エンジンを再設計しており、エンジン重量を 5 パーセント削減する 12 個の 3D プリント部品を搭載する予定です。
「ここ数年、我々は本当に大きな付加製造部品の作り方を学んできました」とGEアビエーションの付加製造チーム責任者、エリック・ガトリン氏は、11月初旬にドイツのフランクフルトで開催されたFormnext 2018の同社ブースに集まった聴衆に向かって語った。
ガトリン氏はさらに、AMの採用をGEアビエーションの「パラダイムシフト」と呼びました。しかし、彼の会社だけではありません。Formnextの出展者は、今年のショーにはこれまでで最も多くのメーカー（OEMおよびティア1）が参加していたことを指摘しました。（トレードショーの関係者は、イベントに26,919人が参加し、2017年のFormnextから25％増加したと報告しました。）航空宇宙メーカーが付加製造を現場で実現するための推進を主導している一方で、自動車および輸送機器メーカーもこの技術を新しい方法、はるかに真剣な方法で検討しています。
Formnextの記者会見で、Ultimakerの上級副社長であるPaul Heiden氏は、フォードがドイツのケルン工場で同社の3Dプリンターを使用してフォードフォーカスの生産ツールを作成した方法について詳細に説明した。同氏によると、同社は同じツールを外部サプライヤーから購入するのに比べて、印刷ツール1台あたり約1,000ユーロを節約したという。
製造エンジニアがツールの必要に直面した場合、設計を3D CADモデリングソフトウェアに読み込み、デザインを磨き上げ、それをプリンターに送信して、数時間以内に印刷することができます。より多くの材料タイプを組み込むなどのソフトウェアの進歩により、設計ツールが使いやすくなり、「訓練を受けていない人」でもソフトウェアを操作できるようになったとハイデン氏は言います。
フォードは3Dプリントの工具や治具の有用性を実証できたので、同社の次のステップはスペアパーツの在庫問題に対処することだとハイデン氏は語った。何百もの部品を保管する代わりに、3Dプリンターを使用して注文に応じて部品をプリントする。そこからフォードは、この技術が部品製造にどのような影響を与えるかを確認すると予想される。
他の自動車会社はすでに独創的な方法で 3D プリント ツールを取り入れています。Ultimaker は、フォルクスワーゲンがポルトガルのパルメラ工場で使用しているツールの例を示しています。
このツールは Ultimaker 3D プリンターで製造され、ポルトガルのフォルクスワーゲン組立工場でホイール配置時にボルト配置をガイドするために使用されます。
自動車製造業の再定義となると、もっと大きなことを考えている人たちもいます。Divergent3D の Kevin Czinger 氏もその 1 人です。
Czinger 氏は、自動車の製造方法を考え直したいと考えています。彼は、高度なコンピュータ モデリングと AM を使用して、従来のフレームよりも軽量で、部品数が少なく、パフォーマンスが高く、製造コストが低いシャーシを作成する新しいアプローチを作成したいと考えています。Divergent3D は、Formnext の SLM Solutions Group AG ブースで 3D プリント シャーシを展示しました。
SLM 500 マシンで印刷されたシャーシは、印刷後にすべてが組み合わさる自己修復ノードで構成されています。Divergent3D の担当者は、シャーシの設計と組み立てに対するこのアプローチにより、ツールのコストを削減し、部品を 75 パーセント削減することで、2 億 5,000 万ドルを節約できると述べています。
同社は将来、この種の製造ユニットを自動車メーカーに販売したいと考えています。この目標を達成するために、Divergent3DとSLMは緊密な戦略的パートナーシップを結んでいます。
シニア・フレキソニクス社は一般にはあまり知られていない企業ですが、自動車、ディーゼル、医療、石油・ガス、発電業界の企業に部品を供給する大手サプライヤーです。同社の代表者は昨年、GKN Powder Metallurgy社と会談し、3Dプリントの可能性について話し合い、Formnext 2018で両者は成功事例を共有しました。
AM を活用するために再設計されたコンポーネントは、オンハイウェイとオフハイウェイの両方の商用トラック用途の排気ガス再循環クーラーの吸気バルブと排気バルブです。Advanced Flexonics は、実際のテストと大量生産に耐えることができるプロトタイプをより効率的に作成する方法があるかどうかを検討することに興味を持っています。自動車および産業用途の部品製造に関する長年の知識を持つ GKN は、金属部品の機能的多孔性について深い理解を持っています。
後者は、多くのエンジニアが、特定の産業用車両アプリケーションの部品には 99% の密度が必要であると考えているため重要です。EOS の CEO、Adrian Keppler 氏によると、これらのアプリケーションの多くではそうではないとのことで、この機械技術プロバイダー兼パートナーはそれを立証しています。
EOS StainlessSteel 316L VPro 素材で作られた部品の開発とテストを行った結果、Senior Flexonics 社は、積層造形された部品が性能目標を達成し、鋳造部品よりも速く製造できることを発見しました。たとえば、ポータルは鋳造プロセスに比べて 70% の時間で 3D プリントできます。記者会見では、プロジェクトの関係者全員が、これが将来の量産に大きな可能性を秘めていることを認めました。
「部品の製造方法を考え直す必要があります」とケプラー氏は述べた。「製造を別の視点から見なければなりません。これは鋳造や鍛造ではありません。」
AM 業界の多くの人にとって、この技術が大量生産環境に広く採用されるようになることが究極の目標です。多くの人の目には、これが完全な受容を意味するでしょう。
AM テクノロジーは、商用トラック用途の排気ガス再循環冷却器の入口バルブと出口バルブの製造に使用されています。これらのプロトタイプ部品のメーカーである Senior Flexonics は、社内での 3D プリントの他の用途を調査しています。
これを念頭に、材料、ソフトウェア、機械の開発者は、これを可能にする製品の提供に懸命に取り組んでいます。材料メーカーは、繰り返し実行可能な方法でパフォーマンスの期待に応えることができる粉末やプラスチックの作成を目指しています。ソフトウェア開発者は、シミュレーションをよりリアルにするために材料データベースの拡張に取り組んでいます。機械メーカーは、より多くの部品を一度に処理できるように、より高速に動作し、より広い生産範囲を持つセルを設計しています。まだやるべきことはありますが、実際の製造業における積層造形の将来については大きな期待が寄せられています。
「私はこの業界に20年間携わっていますが、その間ずっと『この技術がもうすぐ生産環境に導入される』という声を聞き続けてきました。だから、私たちはひたすら待ち続けました」とULのアディティブ・マニュファクチャリング・コンピテンシー・センター所長は語ります。アディティブ・マニュファクチャリング・ユーザー・グループのマネージャー兼プレジデントであるポール・ベイツ氏は言います。「しかし、ようやくすべてが収束し、それが現実のものとなりつつある段階に到達したと思います。」
Dan Davis 氏は、業界最大の発行部数を誇る金属加工・成形雑誌「The FABRICATOR」とその姉妹誌「STAMPING Journal」、「Tube & Pipe Journal」、「The Welder」の編集長です。同氏は 2002 年 4 月からこれらの出版物の編集に携わっています。
Additive Report は、実際の製造業における積層造形技術の活用に焦点を当てています。今日の製造業者は、ツールや治具の製造に 3D プリントを使用しており、中には大量生産作業に AM を使用しているところもあります。ここでは、それらのストーリーを紹介します。