車載用3Dプリンタの材料について：適切な樹脂の選び方

車載用 3Dプリンタの材料について 最適な樹脂の選び方 ソリューションガイド

ゼネラルモーターズ社の製造エンジニアが、オーバーヘッドコンベヤーの部品を交換する必要が生じたと き、彼らは興味深い決断を下しました。「ライザー」と呼ばれるこれらの部品はスチール製だったため、その 重量が頭上装置の効率的な機能を妨げていたのです。そこでGMのエンジニアたちは、ライザーの重量を 軽減するために、より軽い部品を探していました。 新しい部品にアルミニウムを使うのは一見すると最適に思われるかもしれません。鉄よりも軽いのに、「金 属イコール強い」という条件を満たしているからです。しかし、アルミニウム製のライザーは、定期的なメン テナンスのために取り外す必要があり、生産スケジュールに影響します。また、製作や修理の際には、アルミ ニウムを溶接する必要があり、エンジニアはこの工程を避けたいと考えていました。 そこでGMのエンジニアは、プラスチック、それもただのプラスチックではないものを採用しました。カー ボンファイバーで強化されたナイロンポリマーを使い、ライザーを3Dプリンタで造形しました。その結果、 溶接や切断などの大幅な加工を必要とすることなく、重量を32％削減することができました。また、従来の 金属製ツールと比較して、実装のリードタイムを75%短縮することができました。 3Dプリンタの造形は、アディティブ・マニュファクチャリング（AM）とも呼ばれ、自動車産業にとってさまざま なメリットがあります。だから、GMがAMを使ってコンベヤシステムを改造するという決断を下したことは、 それほど驚くべきことではないと言えます。この話で興味深いのは、エンジニアが従来の「金属を使う」とい う方法をやめて、ポリマーで3Dプリンタ造形するという決断をしたことです。これは、GMだけでなく、他の自 動車メーカーでも採用が拡大している方法で、このように昨今ではAMは成長トレンドを裏で支えています。 AMテクノロジーにはさまざまな種類があり、自動車用途に適したテクノロジーとそうでないものがありま す。このトピックは、当社のソリューションガイド「自動車製造に適した3Dプリンタ テクノロジーの選び方」 でも取り上げています。そしてもう一つ重要なことは、適切なAMテクノロジーを選択した後は、材料がすべ てということです。樹脂3Dプリンタの造形は、自動車産業にとって欠かせないテクノロジーと言っても過言 ではありません。理由は、金属3Dプリンタの造形と比較して、ポリマーAMは以下を提供するからです。 • リソースの制約が少ない（設備、トレーニング、安全性） • 利用のしやすさと使いやすさを追求 • 幅広い材料対応力と価格帯 • 金属から置換るための軽量かつ強力な選択肢 熱可塑性プラスチックから熱硬化性樹脂、フォトポリマーまで、さまざまなポリマーがある中で、どの材料を 選択し、それぞれが適切な使用ケースを知るにはどうすればよいのでしょうか。このソリューションガイドで は、自動車生産の各段階に適したストラタシスのAMテクノロジーと材料をご紹介しています。課題に対す る効果と合わせてご参照ください。 • 製品開発 • 生産補助 • 部品生産 それでは、詳しく見ていきましょう！ ソリューションガイド

自動車業界 ソリューションガイド 製品開発におけるAM材料 製品開発には、モックアップ、モデル、プロトタイプを作成し、設計コンセプトを開発、改良、検証することが 含まれます。アディティブ・マニュファクチャリングは、部品を作るために3Dプリンタ以外の特別なツールな どは必要ないため、すぐに使用することができ、設計とアイデア出しのプロセスを加速させることができま す。 自動車生産のこの段階に最適なAM材料には、幅広い色選択とテクスチャー機能を持つ樹脂があり、他の 材料の外観や感触を再現したり模倣したりすることができます。特に、内装や外装、照明など、完成形を表 現する必要があるコンセプトやプロトタイプに最適です。また、造形のしやすさ、表面仕上げの美しさ、アク リルなど他のプラスチックとの相性の良さなどもポイントです。 この段階では、これらの用途に最も適しているのは、以下の材料です。 外観試作とコンセプトモデル 多くの用途で、これらの材料は塗装やテクスチャを加えるなどの後処理を必要としないため、デザインサイ クルを短縮することができます。 ステレオリソグラフィ フォトポリマー PolyJet™ 熱可塑性樹脂 • Somos® WaterClear Ultra 10122 - アクリル • Vero™ および VeroVivid™ - このフォトポリ の視覚特性と透明性を模倣した、光学的に透明 マーファミリーは、50万色以上の色を造形でき、 な耐湿性材料 他のPolyJet材料と組み合わせて、複数のショア 値を作成し、テクスチャ仕上げをシミュレートする • Somos® WaterShed XC 11122 - 透明なABS ことができる （アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）やPBT （ポリブチレンテレフタレート）熱可塑性プラス • VeroUltraClear™ - ガラス、アクリル、その他 チックの外観と感触を模倣した、優れた耐湿性を の透明ポリマーをシミュレートするのに適した、 持つ透明立体造形フォトポリマー 95%の光透過率を達成する透明フォトポリマー • Somos® EvoLVe 128 - 仕上げが容易なように • Agilus30™ と Elastico™ - これらのフォトポリ 設計された耐久性のあるSL素材で、完成した熱 マーは、それぞれショア A 値が 30 と 45 の柔 可塑性プラスチックに非常に近い外観を持つ高 軟で破れにくいゴムのような質感を作り出すこと 度な細部形状が可能 ができる • Somos® Taurus - 優れた表面仕上げと、機能テ ストが可能な機械的・熱的性能を持つ材料 この「カスタム・テール・ライト・コンセプ ト」は、PolyJet材料で作成され、自動車 のプロトタイピングにおいて極めて高いリ アル感を実現し、透明度、色彩能力を持つ PolyJetテクノロジーの能力を際立たせ ています。 カスタムライト コンセプト ソリューションガイド

嵌合/形状と機能試作品 このような用途には、汎用性の高い幅広い熱可塑性樹脂を使用することで、特定の用途の要件に合わせて 材料を調整することができます。ASAのような低価格のエンジニアリングプラスチックは、設計者が嵌合や 形状を角にするのに適した材料で、さらに炭素強化樹脂は機能的な試作のための可能性を広げます。 FDM熱可塑性樹脂 • ASA - 押出成形による造形で、優れた表面仕上 げを実現し、造形しやすい熱可塑性樹脂。複数の カラーバリエーションがあり、長期の紫外線照射 にも高い耐性あり • FDM® Nylon 6 - 引張強度、靭性、耐摩耗性に優 れた安定した材料で、3Dプリンタ造形可能 • FDM® Nylon 12 - スナップフィットや多くのフ レックスサイクルを必要とするアプリケーション に必要な延性を提供 • FDM® Nylon 12CF - ナイロン12ポリマーに カーボンファイバーを重量35％配合し、非常に硬 く強い熱可塑性フィラメント スコーピオン・エンジニアリングは、FDM テクノロジーを使って自動車バンパーの実 物大プロトタイプを造形。従来のクレイモ デルの製造方法と比較してサイクルタイム を50％短縮しました。 50% サイクル タイム短縮 ソリューションガイド

自動車業界 ソリューションガイド 生産補助におけるAM材料 生産補助は、製造プロセスを維持するためのツールや製造基盤で構成されます。3Dプリンタの造形は重要 な役割を果たし、研究開発、組み立て、品質管理、安全衛生など、複数の部門や分野にわたって、より効率的 にツールを作成・使用できるようになります。 さらに、3Dプリンタの造形は、量産試作などに使用できる「代替部品」（サロゲートパーツ）を作ることが でき、それは、迅速で費用対効果の高いソリューションを提供します。これらの代替部品は、新しくモデル チェンジを行う際の生産ラインの変更に伴うツールセットアップなどの検証のために、純正部品がまだ利用 できない場合に純正部品の代わりとして、検証などに使用できるというものです。これにより、ツール検証 の時間を大幅に短縮し、最終的な部品やアセンブリが利用可能になる前に、変更が必要な箇所を迅速に特 定することができます。 このような目的に最適なストラタシス・ポリマーを、3つのカテゴリーに分類して以下に示します。 固定具 - 製造補助ツール - エンドアームツール 生産補助用の樹脂3Dプリンタの造形は、耐久性のある熱可塑性プラスチック、特にカーボンファイバー強 化プラスチックが中心です。それほど重要でない用途では、低価格で簡単に造形できるエンジニアリンググ レードの熱可塑性プラスチックが有効です。 FDM熱可塑性樹脂 • ASA - 造形しやすい汎用熱可塑性樹脂で、表面 • FDM Nylon 12CF - ナイロン12に35%のカー 仕上げが良く、CMM検査治具、組立治具、低～ ボンファイバーを配合し、エンドアームツールの 中荷重の治具に適している ような高い剛性と強度を必要とする要求の高い ツールに対応 • ABS-CF10 - ABS材料に10%のチョップドカー ボンファイバーを充填し、標準的なABS材料より • ULTEM™ 9085 resin - PE（I ポリエーテルイミ も強い熱可塑性樹脂を提供 ド）熱可塑性プラスチックで、高温や化学薬品に さらされる金型用途に適している • FDM® Nylon-CF10 - ナイロン混合樹脂に10% のチョップドカーボンファイバーを注入し、ABS- CF10よりもさらに強度を高め、非常に滑らかな 表面仕上げで造形することができる サロゲートパーツ（代替部品） 前述したように、サロゲートパーツ（代替部品）は、ASAのような丈夫で軽い材料で簡単に造形することがで きます。このような部品が実際の部品の重量と同等にする必要がある場合、造形後、内部にスチールショッ トを充填して蓋をすることで重量を調整することが可能です。 FDM熱可塑性樹脂 • ASA - 強度を犠牲にすることなく、材料使用量 線にも強く、識別のために複数の色を用意してい とモデルの重量を減らすために、充填用の内部 ます。 構造の調整も可能です。ABS樹脂のように紫外 ソリューションガイド

生産補助におけるAM材料（つづき） インベストメント鋳造パターン 選択したステレオリソグラフィ用フォトポリマーは、インベストメント鋳造パターン開発のような特定の金型 用途に適切なものです。3Dプリンタの造形により、非常に迅速に作成することができ、最終的な工具の検 証をより迅速かつ低コストで行うことができるため、設計変更に対応する際のツールの変更に伴う高いコス トを回避することができます。 ステレオリソグラフィ フォトポリマー • Somos® WaterShed AF - アンチモンフリーの 材料で、燃焼後の灰が微量にしか残らないため、 清掃の手間を省き、金型製作を早める ゼネラルモーターズは、重いアルミ製の ホイールアーチヘミングツールを、FDM ASA熱可塑性プラスチックで作られた3D プリンタによる造形に切り替えました。そ の結果、より軽量になったことで操作がし やすくなり、機械加工された金属製の工具 と比較して大幅なコスト削減を実現しまし た。 74% リードタイム 低コスト 削減 56% 50% 重量削減 ソリューションガイド

自動車業界 ソリューションガイド 部品生産、補助部品におけるAM材料 3Dプリンタは、元々試作用途として使用されていました。しかし、昨今では自動車用途における有用性は、 最終使用部品の製造にまで及んでいます。その利点は、従来工法での製造における制約の壁や生産量に よる経済的な課題が新たなテクノロジーにより解決されることにあります。AMで作られる部品は、サポート 工具を必要としないため、製造プロセスにおけるコストと時間のかかる工程も回避することが可能です。 自動車生産の他の段階では、通常、用途によって最適な材料が選択されます。しかし、最終用途の部品を製 造する場合は、そのプロセスが少し異なります。なぜなら、部品の総量によって、使用する最適な3Dプリン タの造形技術が変わり、選択された3Dプリンタによって、使用可能な材料の選択肢が変わってくるからで す。 少量生産(100個単位) 以下の3Dプリンタが適しています。 • PolyJet • FDM • ステレオリソグラフィ 100s of Parts これらのテクノロジーの材料選択は、一般的には以 下の要因が考慮されます。 • 要求される機械的特性および美的特性 • 部品1個あたりの材料費 • 利用可能な造形テクノロジーとプリンタ構築能 力 カスタムカーメーカーのRadford Motorsは、62台のみの製造が必要だった Radford Lotus Type 62-2市販車のダッ シュボードフレームワークをFDMテクノ ロジーで製作しました。 少量多品種 生産に対応 ソリューションガイド

大量生産 (1000個) これらは、最良の造形テクノロジーの選択肢です。 • PP3™ (ProgrammablePhotoPolymerization - デジタル光処理の一種) • SAF™ (Selective Absorption Fusion™ - パ ウダーベッド) これらのテクノロジーでは、最終用途の部品用途と して、以下の材料が最適な選択となります。 P3 フォトポリマー 1000s of Parts • LOCTITE® 3D 3955 FST - 電気コネクタなど の最終用途部品に適した、優れた引張および曲 げ機械特性を示す難燃性の樹脂 • LOCTITE® 3D 3843 高い強靭性 - 耐衝撃性 のある高強度の樹脂で、優れた表面仕上げを 持つ部品を実現 SAF パウダーベッド 樹脂 • PA12* - 汎用性の高いナイロン樹脂で、アディ ティブ・マニュファクチャリングに最も広く使用 されている材料の一つ • ポリプロピレン* - 耐疲労性、強靭性、耐薬品性 で知られる、広く使用されている樹脂 Roush Performance社は、SAF™テク • PA11 - 高い耐衝撃性と延性を持つナイロン ノロジーとPA11を使用して、F-150のグ で、後者が重要な設計要件である場合に重要 リル・マウント・カメラハウジングを、後期 な特性 　　　　　　　 の設計変更後の全生産分について造形し、 * 2023年後半利用可能 スケジュールを遅延することなく成功。射 出成形と比較して35%のコスト削減を実 現しました。 35% サイクルタイム 削減 コスト削減 50% ソリューションガイド

自動車業界 ソリューションガイド 最重要ポイント アディティブ・マニュファクチャリングにおいて、造形技術は重要です。しかし、適切な材料は成功に不可欠な 要素であり、用途に合った材料を使用することで樹脂3Dプリンタの造形は、多くの自動車用途に対応する ための未知なる可能性を提供します。樹脂は、利用可能な材料の範囲が広いことから、幅広い使用例をカ バーできる汎用性を持っています。さらに、レンズカバーの試作から、NASCARカップシリーズに出場する 全車両の換気スクープを作るまでのアプリケーションに取り組むための特性と美的品質も備えています。 このガイドをきっかけに、自動車産業に最適な3Dプリンタの造形物にさらにチャレンジしていただけたら幸 いです。現在お持ちの種類の3Dプリンタで造形できない場合や、まだ3Dプリンタをご利用されていない 場合でも、お客さまの課題に合わせてストラタシスがお手伝いします。ストラタシスDFPパーツ造形サー ビスは、アディティブ・マニュファクチャリングのニーズにおいて、多くのお客さまにサービスを提供していま す。ストラタシスの5つのAMテクノロジーをすべて備えており、3Dプリンタの造形の利点を試したり、現在 のAM能力を増強したりするための迅速かつ便利な方法を提供します。 また、材料テクノロジーは進化し続けるものであり、新しい用途に対応するために新しい材料は絶えず開 発されています。ストラタシスの3Dプリンタの造形材料は、Stratasys.co.jp/materials/materials- catalog/ですべて調べることができます。 樹脂3Dプリンタの造形は、自動車製造のあらゆる段階で時間とコストを削減するための非常に効果的な ツールです。ご質問は、ストラタシスの営業担当にお気軽にお問い合わせください。 ソリューションガイド

ストラタシスのコンサルティングと DFPパーツ造形サービス 3Dプリンタを市場に提供して 30年以上のパイオニア企業「ストラタシス」が、知識 豊富なアプリケーションエンジニアとともにお客さまの用途に応じて最適なご提案をい たします。 3Dプリンティングのエキスパートが丁寧にコンサルティング ご用意いただいた3Dデータをストラタシスのエンジニアが拝見 し、お客さまのご要望に沿った仕様にてご満足いただけるか確認 させていただきます（肉厚チェック、エラーチェックなど）。そのう えで実際の使用用途などを確認させていただき、最適な造形方 法をご提案します。 モデルの完成度を高めるために、後処理の工程も必要な場合 があります。お客さまのニーズを理解しながら、最適なソリュー ションをご案内します。 「超短納期大型部品製造」に対応！ ストラタシスは「3Dプリンタ造形サービスネットワーク」*を活用 し、他のビジネスパートナーが所有するストラタシスの3Dプリン タも活用して短期の造形リクエストに対応可能です。 ※2023年3月現在：ストラタシスを含め5社でネットワークを組んでいます。 本サービスネットワークを活用すると、最大の造形サイズ 914 x 609 x 914 mmを誇るFDM方式のF900を最大11 台同時稼働 させることが可能です。 大型モデルを量産グレードの樹脂材料で造形することができま す。従来の部品製造プロセスでは実現できない「いますぐ」の ニーズにお応えします。 最新の材料、3Dプリンタを用いて課題解決！ 「DFPパーツ造形サービス」では、3Dプリンタを導入せずにほぼ すべてのストラタシス材料、3Dプリンタが使用可能です。 「社内で導入済の3Dプリンタでは要求通りの仕様のものが作れ ない。ストラタシスの製品導入を検討しているが、実際の生産工 程で使用できるようなものかを定期的に使用して確かめたい。」 「ハイエンド3Dプリンタを導入するまでの造形頻度はないが、 スーパーエンプラ、ゴムライク、フルカラーなどはサービスとして 活用したい。」 ソリューションガイド

自動車業界 ソリューションガイド ストラタシスの コンサルティングと DFPパーツ造形サービス 3Dプリンタを市場に提供して 30年以上のパイオニア 企業「ストラタシス」が、知識豊富なアプリケーション エンジニアとともにお客さまの用途に応じて最適なご提 案をいたします。 ソリューションガイド

自動車業界 ソリューションガイド 株式会社 ストラタシス・ジャパン 東京本社 / ショールーム 大阪支店 / ショールーム 〒 104-0033 〒 540-6319 東京都中央区新川 1-16-3 大阪府大阪市中央区城見 1-3-7 住友不動産茅場町ビル 3F 松下 IMPビル 19F TEL. 03-5542-0042 TEL. 06-6943-7090 FAX. 03-5566-6360 FAX. 06-6943-7091 www.stratasys.co.jp ISO 9001:2015認証取得済 © 2023 Stratasys. 無断転載を禁じます。Stratasys、Stratasys Signetロゴ、Somos、FDMは、Stratasys Inc.の登録商標です。PolyJet、V ero、VeroVivid、VeroUltraClear、Agilus30、Elastico、FDM Nylon 6、FDM Nylon 12、FDM Nylon 12CF、FDM Nylon-CF10、SAFおよび Selective Absorption Fusionは、Stratasys, Inc.の商標です。9085、1010、ULTEM™は、SABIC、その関連会社または子会社の商標です。そ の他の商標はすべて各所有者の財産であり、ストラタシスはこれらのストラタシス以外の製品の選択、性能、使用に関して一切の責任を負わない ものとします。製品の仕様は予告なく変更されることがあります。SG_MU_AU_Matls for Auto_A4_0223a_0323_JP ソリューションガイド