自動車業界における3Dプリンティングといえば、研究開発（R&D）部門での活用を思い浮かべる方も多いでしょう。量産が始まる数か月前から、エンジニアがコンセプトモデルや試作品を製作する。そんなイメージです。しかし、ゼネラル・モーターズ（GM）の北米拠点では、3Dプリンティングは研究開発だけでなく、実際の製造現場にも広がっています。
GMの組立拠点では、ストラタシス（Stratasys）のFDM 3Dプリンタがラボではなく、生産ラインに近い製造現場に設置されています。 日々車両の組み立てに携わる従業員が、現場で発生する課題に対し、必要なツールや部品を3Dプリントして解決につなげています。
「アディティブ製造によって、各拠点の現場チームに、積極的に関わり、アイデアを出し、試作し、解決策を検証するためのツールを提供できます」と、フルサイズトラックおよび大型SUV組立事業担当製造担当副社長のドニー・マクダウェル氏は述べています。
「従業員にツールを提供し、それぞれの担当領域で自ら成果を生み出せるようにする。そして、その解決策を活用できる他の拠点にも展開していく。それによって、より大きな成果につなげることができます」
こうした考え方のもと、GMでは従業員一人ひとりが、経営陣の言う「5万人の問題解決者」として現場の改善に取り組んでいます。その取り組みを支えているプラットフォームのひとつが、ストラタシスのF900です。
この変化は一夜にして起こったものではありません。しかし、GMではアディティブ製造が、もはや目新しい技術や実験的な取り組みではなく、日々の製造を支える手段のひとつとして定着しています。
「新製品の立ち上げ状況を確認するために工場を訪れると、アディティブ製造はすでに当たり前のものになっています。もはや特別なものではありません」と、塗装製造エンジニアリング担当ディレクターのライアン・オデガード氏は語ります。
この「当たり前」の環境は、単に3Dプリンタを導入しただけで生まれたものではありません。GMでは、現場のチームメンバーが課題を見つけ、解決策を設計し、FDM対応の熱可塑性樹脂を使って、実際の製造現場で使用するツールを必要に応じて製作できる環境を構築しています。
ハマーEV、GMCシエラEV、キャデラック・エスカレードIQを生産するGMの電気自動車（EV）工場「ファクトリー・ゼロ」では、ストラタシスのFDMが製造現場で力を発揮した事例があります。
総組立メンテナンスシフトリーダーのアレックス・ジャラキ氏は、次のように振り返ります。「生産ラインが停止する事態が発生し、ロボットのエンドエフェクタにスイッチを固定するための特殊なブラケットが必要になりました。従来の方法なら数週間かかっていたところを、アディティブ製造によって、そのブラケットを4時間で製作することができました。」
4時間。4週間ではありません。
このスピードがもたらすのは、単なるコスト削減だけではありません。月曜日の午前6時に問題が発生したとき、「その場で何ができるのか」という現場の考え方そのものを変えることにつながります。
一般的な3Dプリンティングとは異なり、StratasysのFDMでは、ASA、ABS-M30、Nylon 12CF、ポリカーボネートなどのエンジニアリンググレードの熱可塑性樹脂を使用できます。これらの材料は、製造現場で求められる機械的特性、寸法安定性、耐久性を備えています。製造向けFDM材料の詳細はこちら →
FDMの用途は、現代の組立工場で必要とされるさまざまな分野に広がっています。
GMの5つの工場を直接サポートするアディティブ製造アプリケーションエンジニア、モーゼス・ハリス氏は、その用途として、部品保持用治具、組立用治具、品質検査用ジグや補助具、さらに組立工程で塗装面を保護するための損傷防止ツールなどを挙げています。
「ファクトリー・ゼロ」では、アディティブ製造担当リーダーのハナン・アラッター氏のチームが、ローラーベッドのダイヤモンドプレートにある穴を塞ぐため、ASA製のカバーを1日で数百個3Dプリントしました。午前中に見つかった安全上の問題に対して、その日の午後には対策を講じることができました。
ASAが選ばれた理由は、耐紫外線性、機械的強度、滑らかな表面仕上げです。こうした特性は、単に見栄えのよい部品を作るだけではなく、実際の製造環境で使用できる部品やツールが求められる場合に重要になります。
シボレー・シルバラードやGMC・シエラを生産するフォートウェイン組立工場では、チームが1日に数百回使用される、人間工学に配慮したツールを3Dプリントしています。そのひとつが、ホイールにセンターキャップを取り付ける際の手への負担を軽減する専用のパームツールです。
ランシング・デルタ・タウンシップ工場では、アディティブ製造担当リーダーのケビン・パウエル氏が、量産部品が届く前にプロトタイプ部品を3Dプリントし、事前に形状や適合性を確認していると説明しています。
「サプライヤーから設計ファイルが送られてくることがあります。場合によっては、サプライヤー側でもまだ実際の部品を用意できていない段階です。そのデータを使って部品を3Dプリントし、仮組みして適合性を確認できます。以前なら実際の部品を確認できるまで数か月待たなければなりませんでした。今では部品を3Dプリントして車両に取り付け、適合性を確認したうえで、必要な変更をサプライヤーに依頼できます。こうしたプロセスを1週間で行うことができます。」
Stratasys F900は、GMの組立ネットワーク全体で標準化されているFDMプラットフォームです。GMがF900を選んだ理由は、36 × 24 × 36インチの造形サイズ、幅広い高性能材料への対応、そして複数シフトで稼働する生産環境で求められる信頼性にあります。
何度も話を聞くなかで、ひとつ印象的な点があります。それは、これらのツールを毎日使う現場のチームメンバーから、高く評価されていることです。
フォートウェイン組立工場では、モーターラインのリリーフオペレーターであるカート・グラスナー氏が、エンジンラインで1シフトあたり60～90回使用される3Dプリント製のエンジンコード用ツールについて、次のように語っています。
「軽量で、人間工学に配慮した設計で、使いやすい」とグラスナー氏は、従来使用していた溶接金属製の工具と比較して説明します。「以前の工具は重く、新しい3Dプリント製の工具ほど人間工学に配慮されたものではありませんでした」
こうした現場からの評価は重要です。オペレーターが従来の工具ではなく3Dプリント製の工具を選ぶということは、実際の作業に適したツールとして受け入れられていることを示しています。FDM熱可塑性樹脂と3Dプリンティングならではの設計自由度を活用することで、従来の機械加工による制約にとらわれず、実際に工具を使用する人の手や作業に合わせた設計が可能になります。
GMの取り組みは、従来のアディティブ製造導入とは異なるアプローチです。
エンジニアリング部門が主導するトップダウン型の導入だけではなく、製造現場に近い従業員が自ら課題を見つけ、解決策を考え、形にしていくボトムアップ型のイノベーションにつなげています。StratasysのFDMは、こうした取り組みに必要なスピード、信頼性、材料性能を支える製造プラットフォームとして活用されています。
