概要：
本ガイドでは、自動車メーカーが積層造形を活用して、機能性プロトタイプ、軽量部品、特注金型、交換用部品、および少量生産部品を製造する方法について解説します。また、エンジニアリングチームが金型コストの削減、開発期間の短縮、組立効率の向上を実現するための材料、技術、および生産戦略についても取り上げます。
3Dプリント自動車部品とは、自動車の開発、生産用金型、および最終生産用途向けに、積層造形技術を用いて製造される自動車部品のことです。これらの部品は、従来の鋳造や機械加工に頼るのではなく、デジタルCADデータを用いて、エンジニアリング熱可塑性プラスチック、樹脂、複合材料から層ごとに積み上げて作られます。 メーカーはこれらを活用して、オーダーメイドのインテリアトリム、軽量エンジンブラケット、生産終了したヴィンテージ部品の代替品などを、高精度で製造しています。
自動車メーカーは、初期の設計検証から生産用金型、最終用途部品に至るまで、車両のライフサイクル全体を通じて積層造形を活用しています。用途に応じて、メーカーは高性能車向けの軽量部品、少量生産部品、あるいは従来のサプライチェーンでは入手が困難な交換部品などを製造することができます。
また、積層造形の柔軟性により、エンジニアリングチームは高価な金型や鋳型を待つことなく、迅速に設計の検証や改良を行うことができます。これにより開発が加速されるだけでなく、プロセスの早い段階で形状、嵌合、機能の検証が可能になります。
自動車メーカーは、検証済みの積層造形ワークフローも活用しています。場合によっては、これには生産部品承認プロセス（PPAP）のサポートが含まれ、生産前に部品が定義された製造およびエンジニアリング基準を満たしていることを確認するのに役立ちます。
今日、自動車メーカーは、コンセプトモデルや機能性プロトタイプにとどまらず、はるかに幅広い用途で積層造形を活用しています。量産対応のポリマー製部品は、少量生産、ブリッジ製造、組立用途、アフターマーケット支援において、ますます多く使用されるようになっています。この変化により、メーカーは、同じデジタルワークフローと積層造形システムを用いて、設計検証から3Dプリントされた自動車部品の製造へと移行することが可能になっています。
3Dプリントされた自動車部品は、一般的に内装部品、空力性能を向上させる外装トリム、機能性自動車部品、および交換用部品に使用されます。自動車メーカーは、車両開発、少量生産、アフターマーケット対応、および特殊車両プログラムの全段階において、これらの用途を活用しています。 用途によって必要な材料は異なり、外装部品用の耐紫外線性ASA™から、機能部品や量産向け部品用のエンジニアリング熱可塑性プラスチックや樹脂まで多岐にわたります。
自動車の内装部品は、カスタマイズや迅速な反復設計、高品質な表面仕上げが求められることが多いため、積層造形が広く活用されている分野です。自動車メーカーは、ダッシュボードのトリム、スイッチの周囲部品、通気口、取り付けブラケット、クリップ、および特注の車内装備などに、産業用3Dプリンティング技術を採用しています。
PolyJet™技術は、滑らかな表面、リアルな質感、そして非常に精細なプロトタイプを製作できるため、内装のコンセプトモデル作成や設計レビューに広く活用されています。
例えば、Italdesign社はStratasys J750™を使用して、コンセプトカー「DaVinci」向けの中央コンソール、エアコンディフューザー、ドアインレイなど、大理石調のインテリア部品を製作しました。 同社はPolyJet™技術を活用し、従来の方法では実現が困難だった、厳しい開発スケジュールの中で極めてリアルな質感と仕上げを実現しました。
自動車の外装部品は、外観と耐久性のバランスが求められます。メーカー各社は、アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）技術を用いて、ミラーハウジング、トリム部品、照明周りのカバー、ダクト、空力部品などを製造しています。
FDM®用のASAなどの材料は、優れた耐紫外線性と耐候性を備えているため、外装環境や少量生産用途に適しており、広く使用されています。
また、積層造形技術は、特殊車両、モータースポーツプログラム、および少量生産用途向けのカスタムカーパーツの製造にも対応しています。
自動車のエンジンルーム内での用途には、熱、振動、機械的応力に耐えることができる材料が求められます。エンジニアは、積層造形技術を用いて、機能性プロトタイプ、ブラケット、ダクト、ハウジング、流体配管システム、さらには特殊な自動車用途向けの量産対応部品を製造しています。
FDM®技術は、機能試験や製造環境向けに設計されたエンジニアリンググレードの熱可塑性樹脂を通じて、こうした用途をサポートしています。
これらの部品は、3年近くにわたる設計・開発の成果であり、NASCAR Next Genカーは発売前に37,000マイル以上のテストを完了しました。その結果生まれたフロントガラス換気アセンブリは、NASCARカップシリーズ全車両で採用された初の3Dプリント量産部品となりました。
積層造形の最大の利点の一つは、入手困難な部品や生産終了した交換部品を再現できることです。メーカーは、実物の在庫を何年も保管しておく代わりに、デジタル部品ファイルを保管し、必要に応じて部品を製造することができます。
これは、オリジナルの金型やサプライヤーがもはや存在しない可能性のある、クラシックカー、特殊プロジェクト、および自動車の少量生産において特に有用です。
例えば、Stratasys Direct Manufacturingは、PolyJet™技術を用いて生産終了したラジエーター部品を再現することで、1930年製の「サンプソン・スペシャル」レーシングカーの修復を支援しました。これにより、従来の金型製造方法に頼ることなく、交換部品を正確に再現することが可能になりました。
3Dプリントによる自動車用工具には、生産工程において車両部品の製造、組立、検査、および取り扱いを行うために使用される工具が含まれます。これには、積層造形技術を用いて製造された治具、固定具、金型、ロボット用工具、および検査補助具などが含まれます。
自動車メーカーは、組立ライン、検査ステーション、塗装工程、および自動製造システム全般で積層造形による工具を活用しています。従来の機械加工による工具と比較して、これらの工具は修正が容易で、製造が迅速であり、少量生産や変化する製造要件に適しています。
自動車部品や金型を3Dプリントすることで、高価な金型が不要になり、リードタイムが短縮され、オンデマンド生産が可能になるなど、大きなメリットがもたらされます。この技術により、メーカーは設計を迅速に反復改善したり、高額な金型変更を伴わずに特注部品を製造したり、大量の現物在庫を抱える代わりに交換用部品をデジタル形式で保管したりすることが可能になります。
自動車メーカーはまた、積層造形を活用して生産の柔軟性を高め、設計変更に迅速に対応し、外部の長いサプライチェーンへの依存度を低減しています。
自動車用途によって、強度、耐熱性、耐久性、柔軟性、表面仕上げの最適な組み合わせは異なります。材料の選定は、部品が使用される場所や、部品が耐えなければならない条件によって決まります。
ASA™は、紫外線に耐性のある熱可塑性樹脂であり、外装トリム、ハウジング、および天候や日光にさらされる少量生産部品に一般的に使用されています。
強度と寸法安定性が求められる機能性プロトタイプ、製造補助具、量産部品に使用される耐久性に優れたエンジニアリング熱可塑性樹脂です。 ABS-M30™ は、機能部品、ハウジング、および工場現場の金型に対して、強度と耐衝撃性を向上させます。ABS-CF10™ は、炭素繊維による補強により剛性を高め、軽量ブラケット、金型、および構造部品に適しています。
SAF™ PA12やSAF™ High Yield PA11などのナイロン材料は、靭性、耐摩耗性、軽量性をバランスよく兼ね備えており、耐久性と再現性が重要な機能部品、生産用治具、ダクト、クリップ、ブラケット、ロボット用治具に最適です。
ポリプロピレンは、耐薬品性、柔軟性、耐久性が求められる自動車用途に対応しています。流体と接触する部品、カバー、および繰り返しの動きや耐衝撃性が重要な機能性プロトタイプに広く使用されています。
PolyJet™用のToughONE™やP3™ DLP用のDura56™などのフォトポリマー材料は、滑らかな表面仕上げ、微細なディテール表現、高い寸法精度を備えており、内装部品、コンセプトモデル、フィットチェック用部品、および生産補助具に有用です。
自動車用金型材料は、繰り返しの使用、温度変化、そして過酷な工場現場の環境に耐えうる必要があります。金型の用途によって、強度、剛性、耐熱性、耐久性の最適な組み合わせが異なります。
炭素繊維強化材料は、軽量性と高い剛性を兼ね備えており、自動車用金型用途に最適です。メーカーでは、軽量性、強度、再現性が重要なジグ、治具、およびロボットアーム先端ツールなどに、FDM® ナイロン 12CF などの材料を一般的に使用しています。
ULTEM™ 1010樹脂などの材料は、優れた耐熱性、耐薬品性、および寸法安定性を備えており、生産工程での繰り返し使用においても工具の精度を維持するのに役立ちます。これらの材料は、自動車製造用補助具、複合材料用金型、および工場現場で高温にさらされる用途に一般的に使用されています。
FDM®熱可塑性樹脂は、耐久性の高い製造用治具、ドリルガイド、検査補助具、組立用工具に広く使用されています。ASA™などの材料は、頻繁な取り扱いや変化する現場環境にさらされる耐久性の高い治具や工具に一般的に使用されています。
高温用ポリマーは、熱成形金型、複合材料の積層用金型、および耐熱性が不可欠な成形用途に使用されます。これらは金型の迅速な製作を可能にし、小ロット生産の迅速化を支援します。
ストラタシスの技術は、設計検証や試作部品から、カスタム金型、小ロット生産部品、さらには「Stratasys Direct Manufacturing」を通じたPPAP対応の製造に至るまで、自動車の開発および生産のさまざまな段階をサポートします。
FDM®技術は、機能性プロトタイプ、生産用金型、および耐久性のある量産部品の製造に広く利用されています。そのエンジニアリンググレードの熱可塑性樹脂は、強度、寸法安定性、そして生産現場での信頼性の高い性能が求められる自動車用途に対応しています。メーカーでは、治具、固定具、ロボットアーム先端ツール、および少量生産部品にFDM®を一般的に採用しています。
ステレオリソグラフィーは、滑らかな表面と高い寸法精度が求められる高精度な試作部品、空力モデル、および金型原型に用いられます。
自動車メーカーは、車両開発の過程で当社のNeo®システムを活用し、テストと設計の反復を迅速化しています。
PolyJet™ テクノロジーは、滑らかな表面、微細なディテール、そしてリアルな質感を備えた、非常に精細なプロトタイプを製造します。自動車設計チームは、外観と精度が重要なインテリアコンセプト、フィッティングおよび仕上げのレビュー、人間工学的な研究、および設計検証に PolyJet™ を利用しています。
SAF™ テクノロジーは、ポリマー製生産部品の大量生産における再現性をサポートします。一貫性、スループット、および部品の再現性が重要な製造環境向けに設計されており、少量生産やブリッジ製造用途に適しています。
P3™技術は、高い精度と優れた表面品質、そして微細なディテールを備えた部品の製造をサポートします。自動車メーカーは、従来の金型製作にかかるコストやリードタイムを削減しつつ、射出成形並みの品質が求められるプロトタイプ、金型、および少量生産部品の製造にP3™を採用しています。
3Dプリントされた自動車部品は、積層造形（DfAM）に最適化されたCADソフトウェアを使用して設計されており、これにより複雑で軽量な形状を実現しています。 部品の調達については、迅速な反復設計を行うために自社生産を利用するか、特殊な材料が必要な場合はオンデマンドのサービス局を利用します。安全性と一貫性を確保するため、部品は生産部品承認プロセス（PPAP）を経て、厳格な自動車工学基準を満たしていることが検証されます。
積層造形向け設計（DfAM）により、エンジニアは従来の機械加工や成形ではなく、積層造形に特化した部品を設計することができます。
これにより、軽量化や複数の部品を1つのコンポーネントに統合することが容易になり、従来の方法では製造が困難だったより複雑な形状の創出が可能になります。
GrabCAD Print™ などのソフトウェアは、エンジニアリングチームが積層造形ワークフローの準備、管理、監視を行うのに役立ちます。
このソフトウェアは、プリント設定を簡素化し、異なるプリンター、チーム、生産環境にわたる再現性をサポートします。
自動車メーカーの中には、反復の迅速化と生産の柔軟性を高めるために、金型や部品を社内で製造しているところもあれば、特殊な材料、PPAP サポート、ブリッジ製造、追加の生産能力のために Stratasys Direct Manufacturing などのサービスを利用しているところもあります。
多くの組織では、用途、生産スケジュール、製造要件に応じて、この両方を組み合わせて利用しています。
生産部品承認プロセス（PPAP）のワークフローは、自動車用生産部品が要求される設計および製造基準を満たしていることを検証するのに役立ちます。
積層造形が自動車生産環境にさらに浸透するにつれ、PPAPに対応したワークフローは、メーカーが一貫性、トレーサビリティ、および生産品質を維持するのに役立ちます。
