チームは3D Sparkソフトウェアのツールを用いて、生産コストに影響を与える様々な要因を分析した。それらの要因の中には部品固有のものもあれば、プロセス固有のものもある。例えば、サポート材を最小限に抑え、造形可能な表面積を最大化するように部品の向きを調整するなどだ。
これらのツールは、ヒンジにかかる力をシミュレートすることで、影響の少ない材料を除去することができます。これにより、35%の軽量化が実現します。材料が少なくなれば印刷時間も短縮され、コスト削減にもつながります。
正直なところ、彼らがやっていることは3Dプリンティングに関わっている人にとって目新しいことではないはずです。部品を合理的な方法で配置するのは当然のことです。3Dプリンティングでも従来の製造方法でも、無駄な材料が除去されるのを見てきました。最も興味深いのは、この最適化を自動化するツールを使うことです。ソフトウェアの価格はまだ分かりませんし、趣味で3Dプリンティングを楽しむ人向けではないだろうと推測しています。しかし、何ができるのか考えてみると、既存のソフトウェアで少し工夫してモデリングすれば、同様の結果が得られるのではないかと私たちは考えています。
理論的には、有限要素解析を実行できるツールであれば、除去すべき材料を特定できるはずです。自動車メーカーが3Dプリンティングを活用していることは注目に値します。
「ヒンジにかかる力をシミュレートすることで、これらのツールは大きな影響を与えない材料を除去できます。私はエンジニアではありませんが、これを読んで有限要素解析を思い浮かべました。そして、最後から2番目の文であなたが言及しているのを見ました。もちろん、自動車メーカーは既にそれを行っています。どのように比較するのでしょうか？このモデルは、緊急時だけでなく通常の使用時にも力を提供しますか？」
エッジ、谷、フィレットの加工には、機械加工時間と工具の摩耗が伴います。場合によっては追加の工具交換が必要になることもあり、異なる表面を加工する場合は、複数のポケットを形成できる向きにするために、部品を機械加工して再取り付けする必要があるかもしれません。ただし、部品全体に適切な工具を使用できる場合に限ります。
部品を最適な角度に回転させるには、自由度の高い機械を使えば良いと思うのですが…コストはどれくらいかかるのでしょうか？
3Dプリンティングには通常、形状に関する制約がないため、複雑な部品も単純な部品と同じように簡単に作成できる。
一方、従来の切削加工の利点は、材料が等方性である傾向があり、どの方向にも均一な強度を持ち、内部に平面がないため、焼結不良による接合不良を心配する必要がないことです。また、圧延機（安価な工程）に通すことで、良好な結晶粒構造を与えることも可能です。
3Dプリンティングの手法には、形状上の制約が必ず存在します。SLM（選択的レーザー溶融）方式の一部も例外ではありません。ご想像のとおり、SLMの等方性は実際には問題になりません。日常的に使用されている機械やプロセスは、非常に安定した結果をもたらします。
しかし、価格設定自体がまた別の難題だ。航空宇宙産業において、3Dプリンティングが真に競争力を持つのは難しい。
航空宇宙産業は、金属3Dプリンティングのコストが正当化される数少ない分野の一つと言えるでしょう。初期製造コストは航空宇宙製品全体のコストのごく一部に過ぎず、重量が非常に重要であるため、その活用方法は容易に見つかります。複合材部品の品質保証にかかる莫大なコストと比較すると、熟練した印刷プロセスと重要な寸法検査は、真のコスト削減と新たな可能性をもたらします。
最も分かりやすい例は、今日のロケットエンジンで使われているあらゆる部品です。複雑な配管における品質上の問題点を数多く排除できるだけでなく、戻り配管の損失や重量も削減できます。エンジンのノズルの中には3Dプリントされているものもあると思います（Superdraco社製かもしれません）。ボーイング社の旅客機に何らかの金属製ブラケットがプリントされているというニュースを、うっすらと覚えています。
海軍の新型ジャマーなどの新製品には、3Dプリントされたブラケットが多数使用されている可能性がある。トポロジー最適化された部品の利点は、強度解析が設計プロセスに組み込まれ、疲労解析がそれと直接結びついている点にある。
しかし、DMLSのような技術が自動車や製造業で本格的に普及するには、まだしばらく時間がかかるだろう。重量はそれほど重要ではないからだ。
この技術がうまく機能する用途の一つは、油圧／空圧マニホールドです。曲面状の流路やシュリンクラップ用の空洞を形成できる機能は非常に便利です。また、認証取得のためには100%応力試験を実施する必要があるため、大きな安全率は必要ありません（そもそも応力はかなり高いからです）。
問題は、多くの企業がSLMプリンターを所有していることを自慢するものの、実際に使いこなせる企業はごくわずかであることだ。これらのプリンターはラピッドプロトタイピングにのみ使用され、ほとんどの時間は遊休状態にある。この分野はまだ新しいと考えられているため、プリンターは急速に価値が下がり、5年以内に廃棄される見込みだ。つまり、実際のコストは非常に低いかもしれないが、量産案件で適正な価格を得ることは非常に難しいということだ。
また、印刷品質は材料の熱伝導率に依存するため、アルミニウムは表面粗さを生じやすく、疲労性能に悪影響を及ぼす可能性があります（マニホールドの設計で疲労性能を重視している場合は、表面粗さは不要ですが）。また、TiAlV6は印刷品質に優れ、ベースグレード5よりも強度特性が高いものの、アルミニウムは主にAlSi10Mgとして入手可能であり、これは最も強度の高い合金ではありません。T6は、同じ材料の鋳造には適していますが、SLM部品には適していません。Scalmaloyは再び優れた材料ですが、ライセンス取得が難しく、提供しているところは少なく、より薄い壁のTiを使用することもできます。
ほとんどの企業は、プリント部品の加工に莫大な費用と20個のサンプル、そして文字通り「長男」まで必要とします。機能的には、長年ロバと小銭を費やして作られてきた機械加工の鋳造品と本質的に同じですが、企業はプリント部品を魔法の部品だと考え、顧客は企業が潤沢な資金を持っていると勘違いします。また、AS9100認証企業は一般的に仕事に困ることはなく、長年続けてきた仕事を楽しんでおり、そこから利益を上げられることを知っていて、しかも飛行機事故を起こしたと非難されることなく事業を運営できるのです。
確かに、航空宇宙産業はSLM部品の恩恵を受けることができ、実際に活用している企業もあります。しかし、業界特有の事情やサービスを提供する企業の体制は70年代のままであり、それが事態をやや複雑にしています。唯一真に発展しているのはエンジン分野で、3Dプリントされた燃料噴射装置が一般的になっています。私たち個人にとっては、ASMLとの供給確保は困難な道のりです。
ステンレス鋼製P-51D用3Dプリント排気管。https://www.3dmpmag.com/article/?/powder-bed-systems/laser/a-role-in-military-fleet-readiness
機械加工コストに関連するその他の要因としては、剥離や蒸発によるクーラント損失の管理が挙げられます。さらに、切削屑の処理も必要です。量産において切削屑の量が少しでも減少すれば、大幅なコスト削減につながります。
これはトポロジー設計と呼ばれることが多く、ご想像のとおり、有限要素解析（FEA）の上に構築されたもう一つの解析手法です。ツールがより利用しやすくなったここ数年で、ようやく普及し始めました。
フラウンホーファーという名前を見かけたら、それは特許で保護されており、メーカーコミュニティは長期間にわたってその使用を禁止されるでしょう。
つまり、保証期間が切れたらすぐに車を交換してもらえるようにする新しい方法を開発したということです。
ドアヒンジが軽くなったことと、車ごとゴミ箱に捨てざるを得なくなるような邪悪な陰謀との間に、一体どんな関連性があるのか​​私には理解できません。
疲労寿命解析は一つの側面ですが、材料強度だけを最適化しても、最終的には機能しない部品ができあがります。
たとえ意図的に弱く設計されていたとしても、保証期間が過ぎた直後にすぐに壊れることはないだろう。ただのヒンジだし、新品だし、車全体を捨てる必要が生じる可能性は低い。車の寿命の間には、車自体はまだ使えるものの、安価で簡単に交換できる部品が摩耗してしまうため、代替車が必要になるだろう。これは何も新しいことではない。
実際には、安全基準などを満たすために、通常の使用で受けるストレスを考慮して、ほとんどの自動車のフレーム/ボディ/シートと同様に、大幅な再設計が行われている可能性があります。お住まいの地域で法律で義務付けられている場合を除き、販売時点では販売されません。
「ただのヒンジじゃないか」と思うかもしれませんが、これは特定の寿命に合わせて部品を設計した例でもあります。もし車の他の部分にも同じ設計を施したら、あなたの車はやがてポンコツになってしまうでしょう。
このスキャンダルは、彼らが頻繁に（MP3のことか！）特許保護を行ってきた結果である。
米国経済全体がそのような「チップ」の上に成り立っている。ある基準からすれば、それはうまく機能していると言えるだろう :-/。
フラウンホーファー研究所は、応用研究だけでなく基礎研究も含め、多くの科学研究を行ってきました。これらはすべて費用がかかります。特許やライセンスなしで研究を行うには、政府からの資金援助を増やす必要があります。ライセンスや特許があれば、他国の人々もその技術の恩恵を受けるため、費用の一部を負担することになります。さらに、これらの研究はすべて、業界の競争力を維持するために非常に重要です。
彼らのウェブサイトによると、税金の一部は約30%（基本資金調達）で、残りは他の企業も利用できる財源から賄われています。特許収入はおそらくその70%に含まれているので、それを考慮に入れなければ、開発が遅れるか、税金が増えるかのどちらかになるでしょう。
理由は不明ですが、ステンレス鋼は車体、エンジン、トランスミッション、サスペンション部品には使用が禁止されており、人気がありません。ステンレス鋼は一部の高価な排気管にしか使われておらず、マルテンサイト系のAISI 410のような粗悪品です。もし良質で耐久性のある排気管が欲しいなら、AISI 304/316を使って自分で作る必要があります。
そのため、こうした部品の穴は最終的に湿った土で詰まり、部品はすぐに錆び始めます。部品は可能な限り軽量化されるように設計されているため、錆びるとすぐに強度不足になり、本来の役割を果たせなくなります。それがドアヒンジや、それほど重要でない内部の補強材やレバーであれば幸運でしょう。サスペンション部品やトランスミッション部品などであれば、大変なことになります。
追伸：湿気、除氷剤、汚れに車体全体と大部分がさらされたステンレス製の車をご存知の方はいらっしゃいますか？サスペンションアームやラジエーターファンハウジングなどは、どんな値段でも購入できます。デロリアンのことは知っていますが、残念ながらステンレス製なのは外装パネルだけで、車体全体やその他の重要な部品はそうではありません。
ステンレス製のボディ、フレーム、サスペンション、排気システムを備えた車なら、多少高くても構わないが、それは価格面で不利になることを意味する。素材が高価なだけでなく、成形や溶接も難しいからだ。ステンレス製のエンジンブロックやシリンダーヘッドが本当に必要なのか疑問だ。
それに、非常に難しい問題もあります。今日の燃費基準では、ステンレス鋼にメリットはありません。ステンレス鋼を主成分とした自動車の炭素排出量を相殺し、その耐久性という利点を取り戻すには、何十年もかかるでしょう。
なぜそう思うのですか？ステンレス鋼は密度は同じですが、強度がわずかに高いからです（AISI 304：8000 kg/m³、500 MPa、945：7900～8100 kg/m³、450 MPa）。同じ板厚であれば、ステンレス鋼製の本体は通常の鋼製の本体と同じ重量になります。また、塗装の必要がないため、下塗りや塗装、ニスなどの追加作業も不要です。
確かに、アルミニウムやチタン製の車もあり、軽量化を実現していますが、それらは主に高級車市場向けであり、購入者は毎年新車を購入することに何ら問題を感じていません。さらに、アルミニウムは錆びやすく、場合によっては鋼鉄よりも早く錆びることもあります。
ステンレス鋼は、決して成形や溶接が難しい素材ではありません。溶接が最も容易な素材の一つであり、通常の鋼よりも延性が高いため、より複雑な形状に成形できます。広く入手可能な鍋、シンク、その他のステンレス鋼のプレス加工品を探してみてください。大型のAISI 304ステンレス鋼シンクは、安価な鋼板からプレス加工されたフロントフェンダーよりもはるかに安価で、より複雑な形状をしています。高品質のステンレス鋼を使用すれば、通常の金型で簡単にボディパーツを成形でき、金型も長持ちします。ソビエト連邦では、自動車工場で働く人々の中には、工場設備でステンレス鋼のボディパーツを作り、自分の車と交換していた人もいました。今でも、底部、トランク、またはフェンダーがステンレス鋼で作られた古いボルガ（GAZ-24）を見つけることができます。しかし、ソビエト連邦の崩壊後、これは不可能になりました。理由はわかりませんが、今では誰もあなたのためにお金を払うことに同意しません。また、西側諸国や第三世界の工場でステンレス鋼のボディパーツが作られているという話も聞いたことがありません。私が見つけたのはステンレス製のジープだけでしたが、私の記憶が正しければ、ステンレス製のパネルは工場生産ではなく、手作業で複製されたものでした。また、WVゴルフMk2のファンが、通常は普通の鋼板で製造しているKlokkerholmのようなアフターマーケットメーカーにステンレス製のフェンダーをまとめて注文しようとしたという話もあります。これらのメーカーは皆、この話題について一切の話を即座に、そして無礼にも打ち切り、価格についても一切触れませんでした。つまり、この分野では、たとえ大量注文であっても、お金を払って何かを注文することすらできないのです。
同意です。だからリストにエンジンのことは記載しなかったんです。錆はエンジンの主な問題ではないのは確かです。
ステンレス鋼は確かに高価ですが、ステンレス鋼製のケースは塗装する必要が全くありません。塗装されたボディパーツのコストは、パーツ自体よりもはるかに高くなります。したがって、ステンレス鋼製のケースは錆びたものよりも安価になる可能性があり、ほぼ永久に持ちます。車の摩耗したゴム製のブッシュやジョイントを交換するだけで、新しい車を買う必要はありません。必要に応じて、モーターをより効率的なもの、あるいは電気モーターに交換することもできます。新車の製造や古い車の運用において、無駄がなく、不必要な環境破壊もありません。しかし、なぜかこの環境に優しい方法は、環境保護主義者やメーカーのリストには全く載っていません。
1970年代後半、フィリピンの職人たちは、ジープニー用の新しいステンレス製の車体部品を手作りしていた。もともとは第二次世界大戦や朝鮮戦争で使われたジープを改造して作られていたのだが、1978年頃、後部を長くして多くの乗客を乗せられるようにするため、すべて切り離されてしまった。そのため、彼らはゼロから新しい車体を作り、錆びないようにステンレス鋼を使う必要があった。海水に囲まれた島国であるフィリピンでは、これは良いことだった。
ステンレス鋼板には、HiTen鋼に匹敵する材料はありません。これは安全性にとって非常に重要です。この種の特殊鋼を使用していない中国車に対する最初のeuroNCAPテストを思い出してください。複雑な部品には、GS鋳鉄に勝るものはありません。安価で、鋳造特性が高く、錆びにくいからです。決定的な問題は価格です。ステンレス鋼は本当に高価です。コストが問題にならないスポーツカーの例を挙げるのはもっともですが、VWの場合は決してそうではありません。
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