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自動車業界における活用事例

プロトタイピングは、素晴らしい車の立役者です

自動車業界の巨人であるBMW社やJaguar Land Rover社—さらにMinimizer社のようなアフターサービスのプロバイダーは—3Dプリンティングのように自動車設計と製造を加速するものは他にないと気付いています。

Lamborghini FDMプロトタイプ左サイド

Lamborghiniの新しいAventador主力モデルの2人乗りスポーツカーは2011年のトップギア車でした。この車は、たった2.9秒で毎時0マイルから毎時60マイルまで加速し、約230 mphのトップスピードを誇りながら、価格は40万ドルをわずかに下回るものです。Aventadorは、さらに9%パワフルで、燃料効率が20%より大きく、前世代のMurciélagoより6%軽くなっています。

Aventadorの優れた性能の鍵は、炭素繊維強化複合材料(CFRC)モノコックで、これで一体型ボディシャーシのコアを構成します。モノコックは、長さ81インチ、幅74.5インチ、高さ40インチの単一CFRCシェルで、どの生産自動車のCFRCコンポーネントで最大です。モノコックは重さ324.5ポンドで、ボディとシャーシ全体の重さは信じられないほど軽い505ポンドです。

高支柱

Lamborghini FDMプロトタイプ右サイド

Automobili Lamborghini S.p.A.は、Volkswagen Groupの一部であるAudiと、Porsche、Bugatti、Bentleyなど、他のブランドが所有しています。ワシントン大学にあるAutomobili Lamborghini Advanced Composite Structures Laboratory—略してランボルギーニラボ—はLamborghiniと協力して、Aventadorの重量の50パーセントをを占めるCRFCコンポーネントの詳細デザイン、品質管理、プロセス改善、機械的試験を提供しました。多くの物理的プロトタイプは、アセンブリの適合を検証し、効率的な負荷経路を確認し、コンピュータ画面上で表示されない問題を特定、修正する必要がありました。

“モノコックを単に作製するのに使う金型でも数百万ドルかかるため、デザインを真っ先に取得しなければなりませんでした”と、ワシントン大学航空機材料・構造の教授でありとランボルギーニラボのディレクターであるPaolo Feraboli氏は言いました。

例として、モノコックの内部タブのプロトタイプを構築する従来のアプローチでは、拡大縮小した金型を作り、CFRCを使ってプロトタイプをレイアップしたものでした。金型を構築し、拡大縮小した部品をレイアップするのに、4ヶ月と4万ドルかかると推定されました。

“組み立てや取り扱いの応力に耐えるのに十分な耐性のある部品を作り出すことのできるラピッドプロトタイプ法があるかどうかを確認することに興味を持っていました”と、Feraboli氏は言います。“また、機械的強度に加え、高温性能を必要とする小さな部品をレイアップするための迅速なツールの構築に興味を持っていました。”

理想的なシステム

Lamborghini FDMプロトタイプ下部モノコック

Fortusビルドサイズは、一体でボディとシャーシの1/6スケールモデルを作製するのに十分な大きさでした。ランボルギーニラボは、部品のプリントアウトと組み立てを含め、2ヶ月でボディとシャーシの完全な1/6スケールのプロトタイプを構築しました。内部タブの構築時間は6.3日で、材料コストは560ドルでした。サポート除去、研磨、塗装などを含む合計の作業時間は20日でした。材料費、労務費、機械時間を含む総費用は3000ドルでした。

“Fortusは、工業グレードの熱可塑性プラスチックの高強度、高解像度のモデルや、高性能産業用樹脂からカスタム合成ツールを、従来の製造方法と比較して数分の1のコストでプリントする多様性を備え、理想的でした”と、シアトルを拠点とするStratasysの販売代理店CIMtechのTom Goulet氏は言います。

多くの反復デザイン

“設計プロセス中に作製したプロトタイプの多くの反復が、組み立て中の良好なフィットと、負荷経路の改善を行うことに寄与しました”と、Feraboli氏は言います。

イタリアのサンターガタ・ポロニェーゼにあるAutomobili Lamborghini S.p.A.もまた、Fortus 3D プロダクションシステムとDimension 3Dプリンターという2台のStratasysマシンを所有しています。Lamborghiniの上級副社長兼最高技術責任者(CTO)のMaurizio Reggiani氏は次のように述べています。“FDMを広範に使用して、生産車で最速の50ミリ秒のシフト時間を提供するAventadorのために新たに設計した7速トランスミッションの機能プロトタイプを作製しました。” 独立したシフトロッドのコンセプトに基づくシングルクラッチトランスミッションは、CFRCモノコックとプッシュロッドサスペンションとともに、Aventadorの独特な機能です。

Aventadorを発表した直後に、Lamborghiniは、に初年度の生産分をすでに完売したと発表しました。“Aventadorは最初のステップです”と、Feraboli氏は言います。“炭素繊維は、単に高性能車のためではありません。これにより、任意の自動車の燃費を向上させ、排出量を低減することができます。グループのために、より高い生産性の車両のために、より多くの炭素繊維を使用することを考えています。”

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