車のアイデアはどのようにして現実のものとなるのでしょうか？アイデアの形成過程自体はそれほど変わっていませんが、それを現実のものにする方法は進化を遂げています。インダストリー4.0の時代において、積層造形技術は多くの産業、特に自動車産業における製造のあり方を根本から変革しました。
自動車モデルデザイン
自動車デザイナーが話し合いやコミュニケーションを通じてインスピレーションとコンセプトを練り上げた後、自動車会社は様々なデザイン案に基づいて1/5スケールのクレイモデルを作成します。検討後、2～3案を選定し、1/1スケールの実物大クレイモデルを作成します。その後、風圧試験を実施し、修正を加え、最終的な計画を決定します。
従来の実物大の自動車クレイモデルは、完全に手作業で彫刻されます。この方法は時間と労力がかかり、モデルの品質も保証しにくいという問題があります。車両モデル1台を完成させるには約3ヶ月を要します。技術の進歩に伴い、主要自動車メーカーの実物大車両モデルは基本的に5軸フライス盤で加工されています。この方法で自動車モデル1台を製作するには、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、コンピューター上でデータを修正するだけで、実物大の自動車モデルをわずか数日で印刷できます。粘土製の自動車モデルと比較すると、3Dプリントは工程を少なくとも5分の1に短縮し、コストを半分に抑え、人手による彫刻も不要です。
エンジニアリング設計段階
この段階では、車両全体の組立設計と部品設計、組立品と車両全体の矛盾点の調整が含まれます。新型車両はそれぞれ2万点以上の部品で構成されており、多くの部品は金型製作段階にありません。そのため、試作部品や組立品はすべてCNC加工と板金加工によって製造されます。
まず第一に、CNC加工プロトタイプの表面効果と精度は、プログラマーのスキルに大きく左右されます。第二に、複雑な形状や多数の加工面を持つ一部のワークピースには、5軸加工センターが必要となりますが、これらは高価であるだけでなく、適切に加工することが不可能な場合もあります。
JS Additive 3Dは、SLA 3Dプリンティングと真空成形（低圧注入）を組み合わせることで、迅速な金型製造方法を実現しました。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プリントします。次に、この3Dプロトタイプを用いて真空下でシリコーン型を製作します。最後に、低圧真空状態でPUなどの材料を流し込むことで、製品が完成します。射出成形品に匹敵する性能を持ち、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。精度を確保し、コストを削減するだけでなく、生産効率も大幅に向上させます。
例えば、自動車には多くのフロントグリルや曲面構造があります。このような複雑なフルグリッド構造のモデリングは、従来の工作機械では非常に困難です。これらの複雑な部分部品を3Dプリントし、車両モデルに埋め込むことで、望ましい効果を得ることができます。
プロトタイプテスト段階
車両プロトタイプのテストは、性能テストと信頼性テストの2つの側面から構成されます。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ためのものです。自動車テストには、風洞テスト、フィールドテスト、路上テスト、衝突テストなどが含まれます。
この段階では、試験片の材料に対する要求水準が高い。構造強度のある部品はCNC加工が必要となる。自動車の内外装部品については、3Dプリンティングや真空複合成形が適用可能である。
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使用し、金型を砂型に配置して、部品の構造サイズと同じサイズの空洞を砂型に形成し、次に空洞に液体を注ぎ、液体が冷却凝固して金型の形状と全く同じ部品を成形します。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。プロトタイプの作成における従来のCNCは要求を満たすことができますが、時間とコストがかかります。
JS Additive社の大型SLA 3Dプリンター「JS Additive 1700」（マルチレーザーヘッド搭載）は、砂型プロトタイプの製作に使用できます。高精度SLA 3Dプリント技術により、製品プロトタイプの精度を最大限に高めます。これにより、鋳造企業は製造工程を簡素化し、コストを削減できます。
アフターサービス保守段階
スポーツカーや改造車などの高級カスタム車両のユーザーは、通常、海外のメーカーから交換用アクセサリーをいくつか取り寄せたり、金型製作を利用して高額な費用をかけてそれらを製造したりする。
3Dプリンティング技術を検討している顧客はまだ少ない。しかし、SLA方式の3Dプリンティングを使えば、これらの部品を非常にコスト効率よく製造できる。
投稿日時：2022年5月7日
