3 種類の金属 3D プリント: 自動車産業での応用

金属 3D プリンティング技術は、自動車製造分野で重要な応用の可能性を秘めています。プロトタイプを迅速に製造し、新車の開発プロセスを加速するだけでなく、少量の部品を直接生産してサプライチェーンを短縮し、コストを削減することもできるため、自動車業界の重要な補完技術となっています。

さらに、独自のメリットとしては、 3D印刷 複雑な部品の製造において、自動車部品の構造を簡素化し、重量を軽減し、材料を節約するのに役立ちます。この技術には、より速く、より経済的に、より複雑なコンポーネントを製造できる可能性がありますが、自動車製造分野でのその広範な応用は今のところまだ限られています。将来的には、より効率的、経済的、かつ柔軟な製造能力を備えた技術のみが、真に自動車製造の主流となることができます。

今日の自動車産業における 3D プリンティング

今日の自動車産業では、 3D印刷技術 当初は自動車メーカーによって直接採用されたのではなく、そのスポンサー車両によって最初に適用されました。何十年もの間、フォードからフェラーリに至るまで、多くの企業はレースを新技術をテストするためのインキュベーターとして捉えてきました。今日では、回生ブレーキ システム、ボタン点火システム、さらにはハイブリッド車のバックミラーなど、多くの標準的な車の機能は、これらのレーシング カーの革新に遡ることができます。 3D プリンティング技術、特に金属プリンティングにも同じことが当てはまります。 FXNUMX チーム、世界耐久チャレンジ チーム、フォーミュラ E チームなどはすべて、迅速な設計の反復など、積層造形の利点を経験しています。 ラピッドプロトタイピング、軽量コンポーネントなど、すべてがサーキットでの車両のパフォーマンスを向上させることができます。

製造上の利点が非常に多いにもかかわらず、3D プリントが自動車メーカーに広く採用されないのはなぜでしょうか?これは、新しいテクノロジーの採用には、生産プロセス全体にわたる複雑な調整と投資が必要となるためと考えられます。しかし、技術の継続的な開発と成熟により、自動車メーカーは、より高速でより柔軟な製造プロセスや、最適化された設計と軽量コンポーネントの長期的なメリットなど、3D プリンティングの潜在的な価値を徐々に認識するようになると予想されます。したがって、将来的には自動車製造業界で 3D プリンティング技術の採用がさらに拡大すると予想されます。

現在、3D プリンティング技術に対応できる材料の種類は比較的限られています。プラスチックを例に挙げると、現在成形に利用できるほとんどの材料は限られたニーズにしか対応できません。アプリケーションに対するより高い要件を課す自動車メーカーにとって、既存の材料は実験室のテストに合格することさえできません。

技術の原材料コストは非常に高く、大幅な価格低下を経験した後でも、金属粉末の価格は依然として1キログラムあたり数百元、さらには数千元に達しており、その結果、完成部品のコストが1キログラムあたり数百元から数千元に達する可能性があります。これは大規模生産にはコストがかかりすぎます。

3D プリンティングは自動車業界、特に勝利を達成するために複雑なコンポーネントの印刷にかかる高額なコストに耐えることができるレースである程度の成功を収めていますが、よりコスト効率の高い技術を使用してのみ、より広範囲の製造プロセスに拡張することができます。現在、ほとんどのコンポーネントは依然として次のような伝統的な方法を使用して製造されています。 ダイカスト, CNC加工、そしてスタンピング。

選択的レーザー溶融 (SLM)

選択的レーザー溶融技術は、少量バッチの高価値アプリケーションに適していると考えられています。この技術は、レーザーを使用して金属粉末を層ごとに溶かし、金属部品を迅速かつ正確に製造するため、自動車製造の分野で広く使用されています。 BMW、フォード、フォルクスワーゲン、メルセデスベンツなどの自動車製造会社はすべて、この技術の導入で大きな成功を収めており、一定の条件下での大量生産を達成しています。しかし、その成功事例の多くはハイエンドブランドに限られており、全体の製造量は依然として限られています。

この現象は、コスト、材料、速度の点での選択的レーザー溶解技術の限界に遡ることができます。選択的レーザー溶融装置には巨額の先行投資が必要で、システム全体のコストは最大 2 万ドル以上かかります。年間1トンの部品を生産する規模ではコストが見合わない。さらに、3D プリンティングにより金属部品の製造はより柔軟になりますが、印刷は製造プロセス全体の最初のステップにすぎず、その後のサポート除去などの後処理プロセスにより部品のコストがさらに増加し​​ます。

選択的レーザー溶融技術は、統合、高精度、複雑な製造など、自動車分野で製造上の重要な利点を示していますが、一連の高価値アプリケーションはすべてこの技術から生まれています。しかし、これらの用途は一般に限定されており、主にハイエンドブランドに限定されているため、低コストで大規模な製造を求める自動車製造業界の需要を満たすことが困難になっています。

押し出しによるデスクトップ金属 3D プリント

デスクトップ金属 3D 印刷技術は、押出成形デスクトップ金属 3D プリンタに基づいており、オフィスでの使用に便利な設計で、ほこりやレーザー暴露の潜在的なリスクを回避し、よりユーザーフレンドリーなエンドツーエンドのソリューションを提供します。

新車の設計と製造の初期段階にあるユーザーにとって、デスクトップ金属 3D プリンタは、従来の粉末床装置と比較してコスト効率が高く、操作が便利です。このタイプのシステムは、社内で多数のプロトタイプ部品を迅速に作成し、さまざまな設計コンセプトを迅速に検証し、新しい構造の可能性を探求できるため、長く高価な設計サイクルにおける時間とコストを節約できます。これにより、開発コストが削減されるだけでなく、企業は設計と検証の段階から生産へとより迅速に移行できるようになり、製品の発売が加速されます。柔軟な操作性により、コスト削減、材料の無駄の削減、機械操作の専門スタッフの不要化にも貢献します。

現在、以下のようなブランドが デスクトップメタル, レイズ3D、ストラタシス、 マークフォージド、Ultimaker、Prusaなどは、デスクトップ押出金属3Dプリンティングの技術レベルを表します。

サスペンション システムのコントロール アームなど、自動車業界のシャーシ コンポーネントを例に挙げます。このコントロールアームは車両の動きに重要な役割を果たしており、その内部構造は複雑です。従来の製造では複数のコンポーネントを組み立てる必要がありましたが、デスクトップ金属 3D プリンタは XNUMX ステップでコンポーネントを印刷できるため、納期が短縮され、コストが削減されます。

バインダージェッティングメタル3Dプリント

バインダージェッティングメタル3Dプリンティング技術は、部品の大量生産に特有の利点により注目を集めています。このプロセスの注目すべき特徴の 3 つは、金属 3D プリンティングの効率的な大量生産を実現できることです。従来のレーザー XNUMXD プリンターと比較して、バインダー ジェット プロセスに基づく装置はコスト効率が高いだけでなく、印刷速度も速く、レーザー粉末床溶解装置の数十倍、さらには数百倍に達することもあります。

一方、使用される素材は伝統的なものです。 金属射出成形 (MIM)粉末は球状粉末に比べて安価であり、部品の製造コストを大幅に削減します。接着剤のスプレー工程の性能は若干劣りますが、費用対効果の点で優れており、射出成形部品と同等のレベルに達することができます。したがって、この技術は、より大型部品の製造を実現するのに適している。

金属射出成形 (MIM) プロセスとは何ですか?

現在、大手自動車製造会社はバインダー噴射型金属3Dプリンティング技術の導入を加速させている。大手バインダージェット金属 3D プリンティング開発者の一部は、自動車業界の主要ブランドと提携しています。

では、これら 3 つの XNUMXD プリンティング技術はどのようにして数千から数十万のコンポーネントの大量生産を実現するのでしょうか?

通常、大規模生産の前に、市場テストのために小規模生産が行われます。バインダージェッティングメタル 3D プリンティング技術は、金型を必要としない金型フリー製造の利点により、大規模生産において重要な役割を果たしてきました。これにより、エンジニアは、印刷速度が速く、一度に数千のコンポーネントを生産できるため、改善された設計を生産に効率的に使用できるようになります。同時に、選択的レーザー溶融技術と押出ベースのデスクトップ金属 3D プリンティングは、さまざまなスケールの柔軟性に適応できるため、生産の初期段階での小バッチのニーズを満たすことができます。レーザー粉末床溶解技術は、その高精度と複雑な製造特性により、ハイエンドブランドのコンポーネントの製造に適していますが、押出成形に基づくデスクトップ金属 3D プリンティングは、新車の設計と製造の初期段階で安価で迅速な利点を果たします。 。全体として、大規模部品製造におけるこれら XNUMX つのテクノロジーの包括的な適用により、自動車業界に柔軟で効率的かつコスト効率の高いソリューションが提供されます。

Q＆A