自動車のラピッドプロトタイピング：設計から生産までのスピードアップ

自動車業界は絶えず進化しており、製品のライフサイクルは短くなり、イノベーションに対する要求は高まっています。従来の設計および製造プロセスでは、特に物理的なプロトタイプを作成する場合、長いリードタイムと高いコストがかかることがよくあります。ラピッドプロトタイピングは、デジタル設計から直接物理モデルを迅速に作成できるようにすることで、ソリューションを提供します。このテクノロジーは自動車業界に革命をもたらし、設計者、エンジニア、および製造業者は、本格的な生産に移行する前に、コンポーネントの形状、適合性、および機能を迅速に評価できるようになりました。

自動車のプロトタイピングとは何ですか?

自動車のプロトタイピングとは、本格的な生産の前に設計を評価および改良するために、車両またはそのコンポーネントの初期モデルまたは物理的表現を作成するプロセスを指します。自動車業界では、プロトタイピングは、新しいアイデアをテストし、エンジニアリングの課題を解決し、最終製品が設計仕様、安全基準、および顧客の期待を満たすことを確認するための重要なツールとして機能します。

プロトタイプは通常、次のような目的で使用されます。

• 実際の状況でコンポーネントがどのように機能し、適合するかを評価します。
• 設計上の欠陥を迅速に検出し、修正します。
• 快適性や外観など、デザインが顧客のニーズを満たしていることを確認します。
• 大量生産の前に、電動ドライブトレインなどの新しい材料や技術を評価します。

ラピッドプロトタイピングの進化

ラピッドプロトタイピングの起源は 1980 年代初頭に遡ります。マサチューセッツ工科大学 (MIT) のチャールズ ハルがステレオリソグラフィー (SLA) を導入し、日本の石井が独自に光凝固技術を開発しました。それ以来、ラピッドプロトタイピングは、選択的レーザー焼結 (SLS) やインクジェット印刷などの技術の導入により急速に進化してきました。

自動車のプロトタイプの種類

各タイプのプロトタイプは、自動車開発プロセスのさまざまな段階で重要な役割を果たし、大量生産が始まる前にエンジニアや設計者が車両の設計、機能、安全性を検証および改良するのに役立ちます。

コンセプトプロトタイプ

これらは、主に車両の外観と機能面を実証およびテストするために使用される、初期の非機能モデルです。エンジニアリング パフォーマンスよりも、美観、形状、デザインに重点を置いています。コンセプト プロトタイプは、関係者が車両の外観と感触を視覚化するのに役立ちます。

エンジニアリングプロトタイプ

エンジニアリング プロトタイプは、サスペンション、エンジン部品、電気システムなどの特定のコンポーネントまたはシステムをテストするために設計されており、多くの場合、完全に機能します。通常、エンジニアリング プロトタイプは生産を目的とした材料から作成され、設計要素の技術的な実現可能性を確認するために使用されます。

機能的なプロトタイプ

これらのプロトタイプは、最終製品の性能を忠実に再現します。性能テスト、衝突シミュレーション、耐久性評価など、実際の条件下での厳しいテストを受けます。機能プロトタイプは、生産前に車両の安全性と性能を検証するために不可欠です。

試作プロトタイプ（パイロットプロトタイプ）

これらのプロトタイプは、予定されている量産と同じツールとプロセスを使用して作成され、すべての製造技術が検証されていることが保証されます。量産前のプロトタイプは通常、最終的な車両とほぼ同じで、わずかな調整のみが行われています。これらは最終テストに使用され、量産を開始する前に土壇場で問題を解決するために使用されます。

自動車業界で使われるプロトタイピング技術

表1: 自動車プロトタイプに使用されている技術

プロトタイピング技術	Advantages	一般的なアプリケーション
3D印刷	迅速な生産、少量生産でもコスト効率が良く、材料の柔軟性も優れています。	機能部品、カスタムコンポーネント、フィット感と形状をテストするためのプロトタイプ。
CNC加工	高精度、金属とプラスチックの両方に適しており、拡張可能です。	エンジン部品、サスペンション部品、シャーシ部品、機能プロトタイプ。
射出成形	生産速度が速く、大量生産でもコスト効率が良く、正確です。	ダッシュボードコンポーネント、内装トリム、プラスチックケース。
真空鋳造	迅速な対応、優れた表面仕上げ、少量生産に最適です。	ノブ、パネル、ゴムガスケットなどの複雑な部品の小ロット生産。
板金プロトタイピング	構造部品に適した金属部品の高速生産。	車体部品、筐体、構造要素。
ラピッドツーリング	従来のツールよりも高速で、短期間の生産でもコスト効率に優れています。	プラスチック部品の試作金型、製造工程のテスト。

3D プリンティング (積層造形)

3D印刷 は、自動車の試作で最も広く使用されている技術の 3 つです。これにより、メーカーは従来の方法に比べて、複雑でカスタムの少量生産部品を迅速かつ低コストで作成できます。これは、複雑な形状、内装部品、または独自のカスタム部品の試作を作成するのに最適です。XNUMXD プリントは、機能的な試作、視覚モデル、さらにはツールにも使用されることがよくあります。

CNC加工

3Dプリントは特定のプロトタイプには最適ですが、 CNC加工 は、特に金属部品など、高い精度が求められる部品によく使用されます。CNC マシンは、厳しい公差で機能プロトタイプを迅速に作成できるため、機械部品やアセンブリのテストに特に役立ちます。この技術は、エンジン部品、トランスミッション部品、その他の車両の重要な要素のプロトタイプを作成するのに非常に役立ちます。

射出成形

射出成形 は、高品質のプラスチック部品の製造に使用されます。自動車の試作では、メーカーは短期間の金型を作成して、最終生産部品に非常によく似たプラスチック部品を製造できます。この技術により、射出成形を使用して最終的に大量生産される部品をテストできます。金型は高価になる可能性がありますが、最終生産部品の性能を模倣した高品質で機能的なプロトタイプを製造するために不可欠です。

真空鋳造

真空鋳造 真空状態で液体材料（シリコンやポリウレタンなど）を金型に注ぎ、部品のレプリカを作成します。この方法は、少量生産や小ロットテスト用の自動車試作でよく使用されます。内装部品、ノブ、小さなアクセサリなど、複雑な形状や細かいディテールを持つ部品の製造に特に効果的です。

板金プロトタイピング

この技術は、ボディパネル、シャーシ、構造部品などの金属部品のプロトタイプを作成するために使用されます。 板金 切断、曲げ、溶接して試作品を形成し、量産前に金属部品を迅速にテストすることができます。

ラピッドツーリング

迅速なツーリング 従来のツール製造よりも高速で低コストの方法を使用して、射出成形または鋳造用の金型またはツールを作成します。このアプローチは、高コストで大量のツールに投資する前に、設計と材料をテストするのに最適です。

自動車のプロトタイピング: 材料が重要

用途に応じてさまざまな材料が特定の利点を提供し、強度、重量、耐熱性、コスト、製造可能性などの要素をすべて考慮する必要があります。以下は、自動車の試作でよく使用される材料です。

表2: 自動車 試作材料

材料	説明	Advantages	製品制限	一般的なアプリケーション
金属（アルミニウム、スチール、チタン）	金属は自動車製造の中核を成すもので、強度と耐久性に優れています。構造部品や重要なアセンブリによく使用されます。	強度が高く、耐熱性、耐久性に優れています。	プラスチックや複合材よりも重く、種類によっては高価です (例: チタン)。	エンジン部品、シャーシ、構造部品、トランスミッション部品。
プラスチック（ABS、ポリカーボネート、ポリウレタン）	さまざまな仕上げや質感に合わせて調整できる、軽量で成形可能な素材です。	コスト効率が高く、柔軟性があり、軽量で、成形が容易です。	金属に比べて強度が低く、温度や化学物質に敏感です。	非構造部品、内装部品、トリム、ダッシュボード。
複合材料（炭素繊維、ガラス繊維）	強度と軽量性能を重視して設計された材料のブレンドで、高性能アプリケーションでよく使用されます。	優れた強度対重量比、耐腐食性、耐久性。	高価で、加工や成形が難しく、入手が限られています。	高性能自動車部品、ボディパネル、エアロダイナミクス、レーシング車両。
セラミック（磁器、ジルコニア）	優れた電気絶縁性と耐熱性で知られる、硬くて熱的に安定した材料です。	優れた熱安定性と耐摩耗性。	脆く、加工が難しく、コストがかかる。	特殊部品（ブレーキディスク、絶縁部品など）。

自動車の試作と生産

自動車の試作と生産は、車両開発における 2 つの異なる段階であり、それぞれに独自の焦点、プロセス、目標があります。試作は設計の検証を目的としており、生産は最終製品を効率的に大量生産することに重点が置かれています。

表3: 自動車の試作と生産の違いを比較する

側面	プロトタイピング	生産
目的	設計コンセプト、機能、パフォーマンスをテストします。	最終的な車両または部品を効率的に大量生産します。
出来高	少量生産、数量限定。	大量、大量。
時間枠	頻繁な変更でも迅速に対応します。	効率性を重視した、より長く安定したタイムライン。
費用	単位あたりのコストが高く、技術が専門的です。	規模の経済によりユニットあたりのコストが低くなります。
材料	プロトタイプの材料は生産グレードのものと異なる場合があります。	生産グレードの耐久性に優れた素材を使用しています。
製造方法	3D プリント、CNC 加工、真空鋳造などの柔軟で低コストの方法を使用して、迅速な反復を実現します。	射出成形、スタンピング、ダイカスト、自動組立ラインなどの大量生産方法を活用します。
フォーカス	設計、パフォーマンス、安全性を検証します。	高品質で一貫性のある車両を大規模に生産します。
設計の柔軟性	テストに基づいて頻繁に変更します。	生産開始後の設計変更は最小限に抑えられます。
工具と装置	プロトタイプを作成するために、カスタム ツールや一時的なツールを使用することがよくあります。	大量生産と効率化のために設計された、永久的な高精度ツール。

BOYI: 自動車プロトタイピングサービスの信頼できるパートナー

中国に拠点を置くBOYIは、 ラピッドプロトタイピング最先端のCNC加工技術を活用し、特に自動車分野での加工に力を入れています。±0.01mmまでの精度を誇る当社は、金属とプラスチックの両方の素材を専門とし、高品質の試作品や生産部品をお届けします。当社の高度な加工能力は、陽極酸化処理、メッキ、研磨などの最高の仕上げ方法によって補完されており、優れた耐久性、耐腐食性、完璧な表面仕上げを保証します。

At ボーイ、当社は、少量の試作品から大規模な生産まで、各クライアントの独自のニーズを満たすカスタマイズされたソリューションを提供することに尽力しています。複雑な形状に対応し、迅速な納期を実現し、厳格な品質管理基準を維持する当社の能力により、当社は自動車業界のリーダーから信頼されるパートナーとなっています。

お問合せ 今日は、BOYI が自動車の試作と製造のニーズをどのように加速できるかについてお話しします。

ケーススタディ: フロントバンパーグリルプロジェクト

お客様は、300 か月でテスト用に 400 ～ XNUMX セットのフロント バンパー グリルを必要としていましたが、大量生産ツールには XNUMX か月かかりました。プロトタイプ成形が解決策でした。

このプロジェクトでは、グリルフレーム、スラット、サラウンドを製作しました。アセンブリのサイズは約 800 x 300 x 200 mm でした。3D プリントなどの方法は適しておらず、プロトタイプ成形のみが機能しました。

製造時間を短縮するには:

• プロジェクトの理解: 当社は課題を迅速に把握し、金型の設計と解析を1週間（従来の企業では通常1か月）で完了し、同時に材料を発注しました。
• 材料の選択: 部品のニーズに基づいてアルミニウムまたはスチールを選択します。適切な部品のアルミニウム型により時間が節約されます。
• 金型設計の最適化: いくつかのキャビティを分割します。たとえば、グリル スラットの金型コアを分割すると、品質を犠牲にすることなくフライス加工時間が短縮されます。また、コスト効率を高めるために、手作業で挿入するインサートを使用します。
• ストックモールドベースの使用: すべての金型キャビティをストック金型ベースに基づいて作成することで、時間とコストを節約します。

過去の経験も役立ちました。 表面処理 クロムメッキなどの代替技術を使用してコストを削減し、最終的にプロジェクトを予定通りに完了しました。顧客はプロトタイプ車でテストし、設計を変更することができました。

表4: プロジェクトサイクル比較表

製法	時間の長さ	費用	特性
ラピッドプロトタイピングツーリング	2ヶ月について	低下（材料の選択、金型設計、在庫ベースなどの最適化により）	小ロットの試作品、迅速な設計変更対応、柔軟な金型調整に最適
従来のツール	8ヶ月について	より高度な（カスタムプロセス、一体型金型キャビティ、複雑な機械加工）	大量生産に最適、金型寿命が長く、製品品質が安定