Divergent3Dの車体シャーシ全体は3Dプリントで作られています。この車は、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ブースで一般公開されました。
積層造形（AM）に関する実務知識をお持ちの方なら、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ご存知でしょう。これは、実際の生産現場でAMが活用された最初の広く知られた事例だったため、ビジネスメディアは2012年からこの話を取り上げてきました。
一体型の燃料ノズルは、従来20個の部品で構成されていたものに取って代わるものです。また、ジェットエンジン内部では華氏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ました。この部品は2016年に飛行認証を取得しました。
現在、GE AviationはLeapエンジン向けに16,000件以上の受注を獲得していると報じられている。需要の高さから、同社は2018年秋に30,000個目の3Dプリント燃料ノズルを製造したと報告している。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、部品生産用に40台以上の金属3Dプリンターを稼働させている。GE Aviationによると、Leapエンジン1基につき19個の3Dプリント燃料ノズルが使用されている。
GEの幹部たちは燃料ノズルの話にうんざりしているかもしれないが、それが同社のAM（積層造形）の成功への道を開いた。実際、新しいエンジンの設計会議はすべて、製品開発に積層造形をどのように組み込むかについての議論から始まる。例えば、現在認証中の新しい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る。別の例として、GEアビエーションは、約50年間ほぼ同じ設計だったターボプロップエンジンを再設計しており、エンジンの重量を5%削減するのに役立つ12個の3Dプリント部品が使用される予定だ。
「ここ数年、私たちは非常に大きな積層造形部品を作る方法を学んできました」と、GEアビエーションの積層造形チーム責任者であるエリック・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語った。
ガトリン氏は、AM の採用を GE Aviation にとって「パラダイムシフト」と呼んだ。しかし、彼の会社だけではない。Formnext の出展者は、今年のショーにはこれまで以上に多くのメーカー (OEM と Tier 1) が参加したと指摘した。(展示会関係者によると、イベントには 26,919 人が参加し、2017 年の Formnext から 25% 増加した。) 航空宇宙メーカーが製造現場での積層造形を現実のものにするための推進を主導してきた一方で、自動車および輸送会社では、この技術が新しい方法で、はるかに真剣な方法で検討されている。
Formnextの記者会見で、Ultimakerの上級副社長であるポール・ハイデン氏は、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・フォーカスの生産用ツールを製作した方法について詳細を語った。同氏によると、外部サプライヤーから同じツールを購入する場合と比較して、印刷ツール1つあたり約1,000ユーロのコスト削減が実現したという。
製造エンジニアは、ツールが必要になった場合、設計を3D CADモデリングソフトウェアに読み込み、設計を磨き上げ、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、ソフトウェアの進歩により設計ツールが使いやすくなったため、「訓練を受けていない人」でもソフトウェアを使いこなせるようになったとハイデン氏は述べています。
ハイデン氏によると、フォードは3Dプリンターで製造した工具や治具の有用性を実証できたため、次のステップはスペアパーツの在庫問題に取り組むことだという。何百もの部品を保管する代わりに、注文が入るたびに3Dプリンターで部品を印刷していく。そこから、フォードはこの技術が部品生産にどのような影響を与えるかを検証していく予定だ。
他の自動車メーカーも既に独創的な方法で3Dプリンティングツールを取り入れている。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紹介している。
Ultimaker社の3Dプリンターで製造されたこのツールは、ポルトガルのフォルクスワーゲン組立工場で、ホイールの取り付け時にボルトの位置を正確にガイドするために使用されている。
自動車製造のあり方を再定義するという点において、より壮大な構想を抱いている企業もある。Divergent3Dのケビン・ツィンガー氏もその一人だ。
ツィンガー氏は、自動車の製造方法を根本から見直したいと考えている。彼は、高度なコンピューターモデリングとAM（積層造形）を用いて、従来のフレームよりも軽量で、部品点数が少なく、性能が高く、製造コストも低いシャーシを製造する新しいアプローチを考案したいと考えている。Divergent3Dは、FormnextのSLM Solutions Group AGブースで、3Dプリントされたシャーシを展示した。
SLM 500マシンでプリントされたシャーシは、プリント後にすべてがぴったりと組み合わさる自己修復ノードで構成されています。Divergent3Dの関係者によると、このシャーシの設計と組み立て方法により、工具コストを削減し、部品を75%削減することで、2億5000万ドルの節約が可能になるとのことです。
同社は将来的にこのタイプの製造装置を自動車メーカーに販売することを目指している。この目標を達成するため、Divergent3DとSLMは緊密な戦略的パートナーシップを締結した。
シニア・フレクソニクス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パウダーメタラジーと会談し、3Dプリンティングの可能性について話し合い、両社はFormnext 2018でそれぞれの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、オンロードとオフロード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、実地試験に耐え、場合によっては量産できるプロトタイプを作成するためのより効率的な方法があるかどうかに関心を持っています。自動車および産業用途の部品を製造してきた長年の知識により、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。
後者が重要なのは、多くのエンジニアが特定の産業車両用途の部品には99%の密度が必要だと考えているからである。しかし、EOSのCEOであるエイドリアン・ケプラー氏によれば、これらの用途の多くではそうではないと、機械技術プロバイダーでありパートナーでもある同社も認めている。
Senior Flexonics社は、EOS StainlessSteel 316L VPro素材を使用した部品の開発とテストを行った結果、積層造形部品が性能目標を達成し、鋳造部品よりも高速に製造できることを発見しました。例えば、ポータルは鋳造プロセスと比較して70%の時間で3Dプリントできます。記者会見では、プロジェクトに関わったすべての関係者が、これが将来の量産において大きな可能性を秘めていることを認めました。
「部品の製造方法を根本的に見直す必要がある」とケプラー氏は述べた。「製造方法をこれまでとは違う視点で見なければならない。これらは鋳造や鍛造ではないのだから。」
AM業界の多くの人々にとって、究極の目標は、この技術が大量生産環境で広く採用されることだ。多くの人にとって、これは完全な受容を意味するだろう。
AMテクノロジーは、商用トラック用排気ガス再循環クーラーの吸気弁と排気弁の製造に使用されています。これらの試作品を製造したSenior Flexonics社は、社内における3Dプリンティングの他の用途についても調査を進めています。
こうした状況を踏まえ、材料、ソフトウェア、機械の開発者たちは、これを可能にする製品の開発に尽力しています。材料メーカーは、性能に関する期待を再現性高く満たす粉末やプラスチックの開発を目指しています。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製造できるよう、より高速で生産範囲の広いセルを設計しています。まだやるべきことは残っていますが、実際の製造現場における積層造形の将来性には大きな期待が寄せられています。
「私はこの業界に20年間携わってきましたが、その間ずっと『この技術が生産環境に導入されようとしている』という話を耳にしてきました。それで私たちは待ち続けました」とULの積層造形コンピテンシーセンター所長は語った。積層造形ユーザーグループのマネージャー兼会長であるポール・ベイツ氏は、「しかし、ついにすべてが収束し、実現する段階に達したと思います」と述べた。
ダン・デイビスは、業界最大の発行部数を誇る金属加工・成形専門誌「ザ・ファブリケーター」とその姉妹誌である「スタンピング・ジャーナル」、「チューブ＆パイプ・ジャーナル」、「ザ・ウェルダー」の編集長を務めている。彼は2002年4月からこれらの出版物に携わっている。
本レポートは、実際の製造現場における積層造形技術の活用に焦点を当てています。現在、製造業者は工具や治具の製造に3Dプリンティングを活用しており、中には大量生産に積層造形技術を用いる企業もあります。ここでは、そうした企業の事例を紹介します。