自動車製造に適した 3Dプリンタ テクノロジーの 選び方

自動車製造に適した 3Dプリンタ テクノロジーの 選び方 ソリューションガイド

「3Dプリンタで造形することの最大のメリットは、間違いなく時間短 縮です。開発にかかる時間や、金型製作や試用期間を従来工法の数 分の一に短縮できることは、特に製品発売時に市場に間に合わせよ うとする場合、大きなメリットとなります。」 これは、ROUSH Performance社の製品開発責任者であるルーク・マッキネスの言葉です。ROUSHは、スト リートとレース用のパフォーマンスパッケージのエンジニアリングと生産を専門とする自動車メーカーです。 ROUSHは、アディティブ・マニュファクチャリング（AM）の利点を活用する自動車部品メーカーやOEMの1つで す。その理由は、AMが自動車生産工程の各段階で、時間とコストを節約できるソリューションを提供するから です。 • 製品開発 • 生産補助 • 部品生産 AMのメリットは大きいのですが、AMテクノロジーは多種多様で、どれを選択に迷うことも珍しくありません。 生産の各段階ごとにどの技術を使うべきかを判断するのは、簡単なことではありません。そこで、ストラタシス ではこのソリューションガイドを制作しました。このガイドでは、自動車生産のあらゆる段階に携わるエンジニ ア、デザイナー、プログラムマネージャーを対象に、AMが開発プロセスの各段階にどのようなメリットをもたら すかを紹介しており、最適なAMテクノロジーを判断するのに役立つ情報をご紹介しています。 このガイドは、基本的なアディティブ・マニュファクチャリングの原理をある程度理解していることを前提として います。そうでない場合は、まずはこの3Dプリンタの造形に関するブログ記事から、理解を深めていくことを お勧めします。また、分かりやすくするため、本書では「3Dプリンタの造形」、「積層造形」、「AM」を同義語で表 記しています。 それでは、はじめましょう！ 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 製品開発でＡＭがいかにメリットを発揮するか 製品開発とは、製品のアイデア出しや設計を含む広い意味での開発です。製品開発では通常、コンセプトモデ ルやプロトタイプの製作が行われますが、ここで3Dプリンタの造形が特に効果的な役割を果たします。 自動車生産のこの段階におけるアディティブ・マニュファクチャリング（AM）の主な利点は、設計と製品開発プロ セスの加速化であり、通常は従来の方法よりも低コストで行うことができます。AMは、いくつかの方法でこれ を実現します。 治工具レス製造 部品製作のスピードアップ 複合材料やカラーの造形 AMは、物理的な部品を作るための工 3Dプリンタの造形は、治工具レスな 一度の造形で複数の材料や色を組み 具を必要としないため、3Dプリンタ プロセスなので、工具のリードタイ 合わせることができる3Dプリンタが だけが必要です。試作品の金型や製 ム、アウトソーシング、機械加工にマ あります。自動車の内装パネルや部 造のアウトソーシングが不要なため、 シンの列を待つ必要はありません。 品など、従来の方法では何工程もか コンセプトモデルや試作品の製造コ デザインは、通常数週間から数時間 かるような完成品を再現した試作品 ストを低く抑えることができます。 で実際の部品にすることができます。 やコンセプトモデルを作ることができ ます。 さらに、AMを使うことで得られるメリットは、より良い最終設計を実現することです。部品が短時間で作られる ことで、設計の反復、つまり試行錯誤の時間が増え、従来のプロトタイピングの方法よりも最適な設計を実現す ることができます。 フォルクスワーゲンは、従来の方法では何 段階もの工程を経て作成されるような、 非常にリアルなプロトタイプを、マルチ カラー、マルチマテリアルが使用できる J850™3Dプリンタで作成しています。 2ヶ月へ 製品開発 サイクルが 短縮されました。 ソリューションガイド

生産補助でＡＭがいかにメリットを発揮するか 生産補助には、生産現場での製造プロセスに関連するあらゆるものが含まれます。この段階での3Dプリンタの 主な用途は、最終的に完成した車両を形成する部品の作成、組み立て、塗装、検査に使用する工具です。 製造業におけるAMの主な利点は、より低コストで効率的な生産プロセスです。これは、つぎのような理由で可 能になります。 治工具製作の高速化 生産ラインダウンの最小化 人間工学に基づくデザイン 3Dプリンタで治工具を内製すること オンデマンドでより早く製作できるた AMの設計の自由度は、作業者や作 により、従来工法に見られるような外 め、必要に応じてより迅速に治工具を 業内容に合わせて治工具の設計を最 注による製造リードタイムがないた 導入することができます。新しい治工 適化することができます。 め、はるかに早く製造することができ 具の製作や調達、破損した治工具の ます。 交換にかかるリードタイムに伴う生産 遅延を回避することができます。 作業効率の向上 高機能性樹脂 オペレーション作業を効率化し、最適化された治工具は、 樹脂は、その優れた機械的特性により、多くの工具用途 より効率的なプロセスを実現します。繰り返しの作業を において金属に取って代わることができ、その結果、工具 数秒でも減らすことができれば、数週間、数カ月にわたる を軽量化することができます。これにより、手持ち工具の 大幅な時間短縮につながります。 作業員の疲労や反復運動による怪我を減らすことができ ます。さらに、エンドエフェクターの軽量化は、それを動か すためのロボットの小型化、低コスト化につながります。 GMは、重くて生産が難しい金属製のオー バーヘッドコンベアーの部品を、カーボン ファイバー対応FDM3Dプリンタで造形さ れた部品に置き換えました。 重量削減 リードタイム 32% 75-80% 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 最終用途の部品生産でＡＭがいかにメリットを発揮するか アディティブ・マニュファクチャリングは、従来、試作や治工具製作のための技術として捉えられてきました。しか し、実際には、最終用途の部品を作るためにAMが従来の製造に勝る場合があります。自動車メーカーがカスタ マイズを増やし、補助部品や交換部品、旧製品の部品をより経済的にサポートする方法を模索するにつれ、こう したシナリオはより一般的になってきています。このような状況では、部品数の需要が減少するため、付加製造 による経済的に実行可能な小～中量の生産への扉が開かれます。 つまり、生産性の高い3Dプリンタを使用することで、市場投入までの時間の短縮、サプライチェーンの最適な 効率化、コスト効率の高いカスタマイズが可能になるということです。 これを可能にするのは、2つの主要なAMのテクノロジーです。 DLP（光造形） テクノロジー 粉末床溶融結合テクノロジー DLPは、ステレオリソグラフィや押し出し3Dプリンタのテ 粉末床溶融結合テクノロジーは、プリンタ全体を使用す クノロジーに比べ、より高速です。これは、他のAM手法で るため、部品を密接に積み重ねることができます。その結 使用されるより遅いポイント・ツー・ポイントプロセスに対 果、部品のサイズにもよりますが、1回の造形で数百個の して、一度にパーツ全体のレイヤーを同時に融合するこ 部品を作ることができます。このような機能を持つプリン とで達成されます。 タを複数台使用することで、大規模な生産を行うことが できます。 さらに、大量造形の利点として、部品単価の低減が挙げられます。自動車メーカーがより高価値・少量生産に移 行する中、3Dプリンタ以外のツールなしで、必要な生産レベルに対応するAMテクノロジーは、生産コストを下 げることができます。従来の製造方法では経済的に不可能だったシナリオが、生産性の高いAMテクノロジーに よって可能になります。 ROUSH Performanceは、SAF™テク ノロジーを使用して、F-150のグリルマウ ントカメラハウジングを、後期のデザイン 変更後、年間生産量の全量を造形し、生産 スケジュールを達成しました。 サイクルタイム 50% の短縮 ソリューションガイド

適切なAMテクノロジーを選定する アディティブ・マニュファクチャリングが自動車産業にどのようなメリットをもたらすか、お分かりいただけたで しょうか？ 重要なのは、自動車製造のそれぞれの段階に適したテクノロジーを使用することです。そのために は、どのようなテクノロジーが存在し、それがどこに適合するかを知ることから始まります。 ストラタシスは、樹脂系の5種類のAMテクノロジーを製造しています。これらのテクノロジーには、多様な材 料、部品の造形、そして現場とのコミュニケーションを管理するためのソフトウェアも含まれています。 ストラタシスの3Dプリンタ テクノロジー PolyJet™ PolyJetは、材料の液滴を連続して堆積さ 自動車業界における せ、UV光を照射してパーツを構築するフォ 最適な使用用途 トポリマーテクノロジーです。PolyJetの利 《製品開発》 点は、同じ造形物に複数の色と材料を使 用できることです。その結果、木や革など、 • プロトタイピング あらゆる素材を模倣することができ、驚く • コンセプトモデル ほどリアルな部品を作ることができます。 • デザイン検証 ステレオリソグラフィ ステレオリソグラフィ（SL）は、液状のフォ 自動車業界における トポリマーの槽の中で材料を何層にも重 最適な使用用途 ねて溶かすことで部品を作るテクノロジー 《製品開発》 で、細部にまでこだわった表面仕上げの部 品を造形できます。そのため、ライトレンズ • プロトタイピング のようなクリアパーツをはじめ、再現性の • コンセプトモデル 高い試作品やコンセプトモデルに最適なテ • デザイン検証 クノロジーです。 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 ストラタシスの3Dプリンタ テクノロジー 工業用グレードFDM® FDM（fused deposition modeling）は、 自動車業界における フィラメントを押し出して造形していきま 最適な使用用途 す。その利点は、幅広い材料、使いやすさ、 《生産補助》 一貫した信頼性の高い造形です。FDMテ クノロジーは、機能性試作や製造用治工具 • 機能性試作 の造形で欠かせない技術です。 • パーツテスト • 製造用金型 • サロゲートパーツ Origin® P3™ ストラタシスのP3（Programmable 自動車業界における PhotoPolymerization）テクノロジー 最適な使用用途 は、DLP（光造形）のつぎのレベルです。 《生産補助》 これは、オープンシステムで、主要な樹脂 材料メーカーが開発した幅広い材料を使 • 小型の最終用途部品 用することができます。その主な利点は、 • ユニークな材料能力を持つ 高速な造形速度と射出成形品質に匹敵す 生産部品（フレキシブル、 る表面仕上げです。 FST規格品） SAF™ SAF（Selective Absorption Fusion™） 自動車業界における は、ストラタシスが特に大量生産用に開発 最適な使用用途 した粉末床溶融結合テクノロジーです。競 《生産補助》 合するシステムと比較した場合の利点は、 厳密な熱制御により、造形物内のすべての • 最終用途の部品 部品で特性が均一であることです。造形範 • 大量生産（部品の形状や 囲内で部品を入れ子にすることができるた プリンタの数量により、数千 め、より大量生産が可能になります。 ～数万個程度） ソリューションガイド

材料がもたらす違い AMで何らかの成功を収めるためには、材料が不可欠であることはご存知の通りです。ストラタシスのAM材料 の種類は幅広く、新しい材料とサプライヤーが定期的に追加されます。また、オープンシステムなため、特定の プリンタでサードパーティの材料を使用したり、材料の造形を最適化するためにプリンタのパラメータを調整 することができます。サードパーティの材料を活用することは、材料科学の限界を広げることを第一の目的とし ているためです。より広範な材料ポートフォリオで、新しい用途が広がります。 樹脂AM材料（液体フォトポリマー、粉末、フィラメント）のフォームファクタは、特定のテクノロジーに依存しま す。したがって、まず使用用途に適したテクノロジーを選択し、次に特定の使用例に適した材料を選択します。 つぎの図は、ストラタシスの造形テクノロジーの主な材料属性を整理したものです。 3Dプリンタをお持ちでない場合や、自動車プロジェクトで特定のテクノロジーをテストしたい場合、ストラタシ スDFPパーツ造形サービスがお手伝いします。5つのAMテクノロジーを含む3Dプリンタのフリートを持つス トラタシスDFP造形サービスは、お客さまの可能性を広げるために全力でサポートいたします。 • 熱硬化性樹脂 PolyJet • 豊富なカラーバリエーションと組み合わせ • 透明、不透明、硬質、軟質など、さまざまな特性を持つ • 多様な用途に対応するSomos®ブランドのポリマー ステレオリソグラフィ • 透明性、構造性、耐熱性に優れ、鋳造パターンとして使用可能なポリマー Lorem ipsum • エンジニアリンググレードからハイパフォーマンスまで、 幅広い熱可塑性プラスチックが利用可能 FDM • Stratasys Validated材料を含む業界をリードする材料サプライヤーが 特定の用途向けに開発 • 高強度用途のカーボンやガラスフィルド材料を含む • ポリマーテクノロジーの業界リーダーによって開発された材料の Origin P3 ポートフォリオ • 自動車用途に適した柔Lo軟reなm材 ip料（suシmール/ガスケット）、F ST規格の素材（電気コネクター）を含む • 幅広い産業用途に対応するPA11、PA12ナイロンパウダー SAF Lorem ipsum 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 完全なソフトウェア スイート(パッケージ)がすべてを繋ぐ 革新的なプリンタ装置や優秀な材料も素晴らしいですが、強力なソフトウェアがなければソリューションは完成 しません。これは、CADモデルから造形までをボタン1つで簡単に作成できるソフトウェアです。また、プリンタ と他の工場を円滑に結びつけるソフトウェアでもあり、さらに、AM関連データの漏洩を防ぐために必要な情報 セキュリティを提供するソフトウェアでもあります。 ストラタシスのAMテクノロジーは、以下のアプリケーションを中心に、より効率的で信頼性の高い、安全な部品 を手に入れるためのソフトウェアアプリケーションを採用しています。 GrabCAD Print™ ｜グラブキャド・プリント ストラタシスのAMソフトウェアの要となるのが、GrabCAD Printです。3Dモデルをインポートし、直感的なメ ニューで、必要な造形結果を実現することができます。 GrabCAD Shop™ ｜グラブキャド・ショップ エンジニアやAMプロジェクトの負荷が高い3Dプリンタ現場向けに設計されたGrabCAD Shopソフトウェア は、多忙な3Dプリント業務におけるワークフローとプロジェクトの追跡を簡素化します。 GrabCAD Software Partners｜グラブキャド ソフトウェア・パートナー ストラタシスは、MES、DRM、PLM、分析ソフトウェアなど、お客さまのAMオペレーションの生産性と接続性の 強化を専門とするソフトウェアパートナーのネットワークを有しています。 GrabCAD Developer｜グラブキャド・デベロッパー GrabCADソフトウェア開発キット（SDK）により、独立系ソフトウェア開発者やお客さまはAPIを使用して、スト ラタシスのプリンタを既存のソフトウェアインフラと接続・統合できます。 OpenAM™ ｜オープンAM OpenAM™ソフトウェアにより、一部のストラタシス製プリンタの造形パラメータを変更し、材料の性能と造形 結果を最適化することができます。これにより、特定のアプリケーションのニーズや部品の特性を満たすため に、材料の性能を調整することができます。 ご覧のように、アディティブ・マニュファクチャリングは多くの分野をカバーしていますが、特定の問題を解決す るために設計された選択肢の一つという意味で、すべてが他の製造テクノロジーに取って代わるものではあり ません。むしろ、現在使用している従来のツールの一部に対して取り入れることで、より良い代替手段を提供し 全体としての最適化を果たすことがその価値です。そうすることで、これまで存在しなかった解決策が見つかる こともあるのです。 ソリューションガイド

完全なソフトウェア スイート(パッケージ)がすべてを繋ぐ 自動車の設計や製造に携わる者として、AMの恩恵を受けるためのカギは、意図する使用例に適切なテクノロ ジーを適合させることです。つぎの図は、最初のガイダンスとして良い参考資料です。 生産フェーズ 製品開発 製造または製造補助 部品生産 用途 コンセプトモデ 透明な試作品、 機能性試作 製造補助具、エン 中・大量生産さ 大量生産される ル、視覚的な区 少量生産の透明 ドアームツール、 れる最終用途部 最終用途部品 別、テクスチャー な部品 固定具 品、FSTのような の模倣 独自の材料、金 型のような表面 処理 3Dプリンタ テクノロジー PolyJet SL FDM FDM P3 DLP SAF 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 つぎの一歩を踏み出す 「現場に3Dプリンタがあるんです。これって、夢のようですよね？ 3Dで何かを作り、ここのプリンタに送って、その日のうちに完成させ れば、そのまま車に載せることができるんですよ」。 Radford Motors社: 自動車デザイナー Mark Stubbs 氏 3Dプリンタの造形は、自動車生産の問題をすべて解決するものではありません。単に工具箱の中に別の工具 があるということです。しかし、それは強力な工具です。プロトタイプや生産用治工具、最終的な生産用部品を 数日、時には数時間で設計・製造できるようになれば、それは少なくとも大きなメリットであり、最高でも変革的 なものです。 自動車業界は、持続可能な社会の実現、電動化、カスタマイズの拡大など、大きな変革の時を迎えています。 これらの成果物をいち早く市場に投入したメーカーやサプライヤーは、大きな成功を手にすることができるで しょう。アディティブ・マニュファクチャリングは、自動車の設計と製造の方法を加速させ、市場先行の目標達成 を支援するために必要不可欠です。すでに、無視できない工具なのです。 あなたは、AMを工具箱のどこに入れますか？ 3Dプリンタの造形テクノロジーを導入することで、あなたの仕 事、あなたのオペレーションはどのように変化するのでしょうか? すでに競合他社はそれを最大限に活用してい ます。5年後、10年後の未来を、ストラタシスと一緒に考えてみませんか? このガイドでは、自動車の生産サイクルにおいて、AMが具体的にどのようなメリットをもたらすのか、それぞれ の最適な適用例を紹介しました。貴社の課題についてご質問などありましたらお気軽にストラタシスの担当者 までお問い合わせください。 ソリューションガイド

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