自動車のアイデアはどのようにして実現されるのでしょうか？アイデアの形成自体はそれほど変わっていません。しかし、実現の方法は進化しています。インダストリー4.0では、積層造形が多くの産業、特に自動車産業における製造業のあり方を大きく変えました。
カーモデルデザイン
自動車デザイナーが議論とコミュニケーションを通してインスピレーションとコンセプトを設計した後、自動車会社は様々なデザイン案について1/5サイズのクレイモデルを製作します。検討後、2～3案を選定し、1/1サイズのクレイモデルを製作します。その後、風洞実験を行い、修正を加えて最終プランを決定します。
従来のフルサイズカークレイモデルは、完全に人工的に彫刻されています。この方法は時間と労力を要し、モデルの品質を十分に保証できません。完成車モデルの製作には約3ヶ月かかります。技術の進歩により、大手自動車メーカーのフルサイズカーモデルは、基本的に5軸フライス盤で削り出されています。この方法では、カーモデル1台を製作するのに少なくとも1ヶ月かかります。
JS Additiveの大型SLA 3Dプリンターを使えば、コンピュータ上でデータを修正するだけで、わずか数日で1/1サイズの自動車モデルをプリントできます。粘土製の自動車モデルと比較すると、3Dプリントはプロセスを少なくとも5分の1に短縮し、コストを半分に削減し、人工彫刻も不要です。
エンジニアリング設計段階
この段階には、車両全体の組立設計と部品設計、そして組立と車両全体間の矛盾の調整が含まれます。新型車1台あたり2万点以上の部品で構成されており、多くの部品が金型製造段階に入っていません。そのため、オリジナルのテスト部品と組立製品はすべてCNC加工と板金加工によって製造されます。
まず第一に、CNC加工による試作品の表面効果と精度は、プログラマーのスキルにも大きく左右されます。第二に、複雑な形状と多数の加工面を持つワークピースには5軸加工センターが必要になりますが、これは高価で、適切な加工が不可能な場合もあります。
JS Additive 3Dは、SLA 3Dプリントと真空成形（低圧注入）を組み合わせた迅速な金型製造方法を採用しています。まず、JS Additiveの高精度SLAプリンターで製品のプロトタイプを印刷します。次に、この3Dプロトタイプから真空圧下でシリコン型を作製します。最後に、低圧真空状態でPUなどの材料を注入することで製品が完成します。射出成形品の完成品に匹敵する性能を備え、ABS、PC、ゴムなどの材料で作られた部品の代替として使用できます。精度の確保とコスト削減だけでなく、生産効率の大幅な向上にもつながります。
例えば、自動車にはフロントグリルや曲面構造が数多く存在します。このようなフルグリッドの複雑なモデリングは、従来の工作機械では加工が非常に困難です。これらの複雑なパーツを3Dプリントし、車両モデルに組み込むことで、目的の効果を実現できます。
プロトタイプテスト段階
車両プロトタイプのテストには、性能テストと信頼性テストという2つの側面があります。性能テストは主に、設計要件を満たしているかどうかを確認するための機能テストです。信頼性テストは、車両の強度と耐久性を検証するものです。自動車のテストには、風洞試験、フィールドテスト、路上試験、衝突試験などがあります。
この段階では、試験片の材質に対する要求は高く、構造強度のある部品はCNC加工が必須です。自動車の内外装部品には、3Dプリントや真空複合成形が適用可能です。
自動車用金型の量産
鋳造金型技術は、成形しやすい形状の材料を用い、砂型の中に金型を配置します。砂型は部品構造と同じサイズのキャビティに成形されます。その後、キャビティに液体を注入し、冷却固化させることで、金型と全く同じ形状の部品を成形します。自動車のカバー部品やシリンダーブロックなどの鋳造金型の要求は10～20ミクロンにも達します。従来のCNC加工による試作品製作では、これらの要求を満たすことは可能ですが、時間とコストがかかります。
JS Additiveの大型SLA 3Dプリンター、マルチレーザーヘッド搭載のJS Additive 1700は、砂型の試作品製作に使用できます。高精度SLA 3Dプリント技術により、製品試作品の精度を最大限に高め、鋳造企業の生産プロセスの簡素化とコスト削減に貢献します。
アフターサービスメンテナンス段階
スポーツカーや改造車などの高級カスタマイズ車両のユーザーは、通常、海外などのメーカーに数点の交換用アクセサリーを注文したり、金型製作を利用して高額な費用をかけて作成したりします。
3Dプリント技術を検討しているお客様は少ないですが、SLAプリントでこれらの部品を製造すれば、非常に費用対効果の高い結果が得られます。
投稿日時: 2022年5月7日
