前書き
自動車業界の成長が加速するだけでなく、完全に変化する世界を想像してみてください。自動車ビジネスが大きく変化するこのテクノロジーを使用すると、計画プロセスが迅速化されるだけでなく、ラピッド プロトタイピングの時代が到来します。また、ラピッドプロトタイピングは、アイデアの段階から組み立てラインに至るまで、自動車の設計、テスト、市場投入の方法を変えることになります。
自動車ビジネスでラピッド プロトタイピングが使用されている 8 つの興味深い方法を見ていきます。それぞれの例は、イノベーションの力と、時間とコストを節約する方法を見つけることがいかに重要であるかを示しています。 -エッジテクノロジーは自動車業界の進歩を加速し、将来の人々の移動方法を変えます。
ラピッドプロトタイピングとは何ですか?
3D プリンティングまたは積層造形とも呼ばれるラピッド プロトタイピングは、部品を 1 つのレイヤーで構築することで、デジタル プランから物理プロトタイプをより迅速に作成する新しい方法です。製品開発をスピードアップし、コストを削減し、設計をより柔軟にしたいと考えている企業にとって、すべてが一度に変わります。
ラピッド プロトタイピングを使用すると、設計者はアイデアを迅速にテストして改善し、最終製品が大規模に作成される前に品質と性能の基準を満たしていることを確認できます。さまざまな種類のラピッド プロトタイピング ツールをさまざまな用途に使用し、さまざまな種類で動作させることができます。
光造形 (SLA) では、液体樹脂を硬化させるために紫外線レーザーを使用します。 溶融堆積モデリング (FDM) では、熱可塑性プラスチック繊維を機械から押し出すことによって層を作成します。 選択レーザー焼結 (SLS) では、粉末材料を融合するためにレーザーが使用されます。同じ理由で電子ビーム溶解 (EBM) にも使用されますが、金属粉末の方が効果的です。
これらの方法は、金属からプラスチックまで、さまざまな材料に使用できます。この方法は、強度、柔軟性、熱特性などのプロトタイプのニーズに基づいて選択されます。
ラピッドプロトタイピングの利点
自動車業界では、ラピッドプロトタイピングが重要です。この方法を使用すると、自動車メーカーは実際に動作するフルサイズのモデルとプロトタイプを迅速に作成できるため、新モデルの市場投入にかかる時間が大幅に短縮されます。開発プロセスの早い段階で設計上の欠陥を改善します。
新しい技術は難しい形状の部品を製造できるため、古い製造方法では不可能だったかもしれない新しい製品設計のアイデアへの扉が開かれます。
また、高速プロトタイピングにより、設計の検証プロセスがスピードアップされ、自動車の走行性、安全性、外観が向上します。また、無駄を削減し、軽量の素材を使用することで、地球に優しい実践も促進されます。燃料を節約し、汚染を減らします。
一般に、高速プロトタイピングは自動車ビジネスにとって有益であり、急速に変化し、新しいアイデアを生み出す市場で企業が優位に立つのに役立ちます。
自動車産業におけるラピッドプロトタイピングの 8 つのアプリケーション シナリオ
これら 9 つの自動車アプリケーション ケースを通じて、ラピッド プロトタイピングが業界をどのように変革しているかを観察できます。
1. コンポーネント製造におけるラピッドプロトタイピング
ラピッドプロトタイピング技術は、自動車業界にとって非常に重要です。RP を使用すると、自動車の走行性を向上させ、ガソリンの使用量を減らすために必要な、軽量で適切に設計された部品を製造できるからです。
BMW グループは、BMW i8 プラグイン ハイブリッド スポーツ カーのウォーター ポンプ ハウジングをより複雑にするために、製造プロセスに 3D プリントを追加しました。これらの 3D プリント部品の製造に使用されているアルミニウム金属は、他の素材よりも軽いだけでなく、より強く、耐熱性にも優れています。
BMW はラピッド プロトタイピングにより、通常の製造方法では不可能な格子状のウォーター ポンプ ハウジングの内部構造を作成できました。これは、部品の有用性をまったく損なうことなく 25% 軽量化されたことを意味します。使用する燃料も少なくなり、CO2の排出も少なくなります。
3D プリンティングのダイレクト デジタル製造プロセスにより、この部品の作成にかかる時間が数か月からわずか数日に短縮され、開発サイクルが短縮され、新しいアイデアをより早く思いつくことが可能になりました。
2. コンセプトモデル製作のためのラピッドプロトタイピング
先進的な 3D プリンティングを使用してコンセプト モデルを迅速に作成することは、現在、自動車ビジネスの重要な部分となっています。これは、車体設計の研究と成長にとって、デザイナーのアイデアをより迅速かつ自由に実現することが可能になります。 。
アメリカの自動車会社 Local Motors が、3D プリントを使用して新しい方法で部品を製造できることは人々に知られています。彼らの作品である「LM3D Swim」は、ラスベガスの SEMA ショーで展示された初の 3D プリント車でした。
LM3D Swim のボディとフレームは、カーボンファイバーで強化された熱可塑性プラスチックで 3D プリントされており、この方法を使用することで、ローカル モーターズは、機能的で、外観がユニークでクリーンなアイデア車を迅速に作成することができました。
3D プリントにより、計画プロセスがスピードアップされ、通常のツールでは作成およびテストが困難な複雑な曲線や形状を作成できるようになりました。
3. プロトタイプ開発におけるラピッドプロトタイピング
ラピッド プロトタイピングは、アイデアの最初のスケッチから完全に動作するプロトタイプに至るまで、自動車開発のあらゆる段階をサポートする多面的なプロセスです。このテクノロジーの一般的な用途の 1 つは、ブガッティ ディーヴォ スペシャル エディション トラック スーパー スポーツ カーの作成です。ブガッティはラピッドを使用しました。これにより、車は厳格なエンジニアリング テストに合格し、ショー カーとしての外観を完成させることができました。車の複雑な冷却システムと高度な空力部品。
これらの部品は非常に正確に作られ、昔ながらの方法で作るよりもはるかに短い時間で作られました。このテクノロジーの高速フィードバック ループにより、何度も設計変更を行うことが可能となり、ディーヴォがブガッティの要求を満たすことが確実になりました。スピードに対する高い基準。
また、同社は、見込み顧客や自動車プレスに Divo の美しいデザインと最先端のエンジニアリングを見せることができるよう、実物大のショーカー プロトタイプの製作を加速しました。これにより、製作にかかる時間が短縮されただけでなく、しかし、それは道具や物を作るためのコストも削減します。
ブガッティ ディーボの開発ではラピッド プロトタイピングがうまく活用され、この技術がイノベーション サイクルの短縮とプロトタイプ車両のより効率的な生産を可能にし、自動車業界にどのような変化をもたらしたかを示しています。
4. 工具および治具製造のためのラピッドプロトタイピング
3D プリンティングは、自動車業界のツールや備品の製造において重要な要素となっており、物品を迅速かつ正確に製造する方法を提供しており、GM はそのプロセスで使用されるツールの製造に 3D プリンティングを使用しています。 GM は 3D プリンターを使用して、シボレー コルベットのような自動車を組み立てるための複雑な形状の金属工具や付属品を作成し、工具の作成にかかる時間を数か月からわずか数日に短縮することができました。 3Dプリントを使用して。
この短縮された生産スケジュールにより、車両の設計変更や高出力ニーズへの迅速な対応が容易になり、標準的なツールのコストも数十万ドルかかる場合がありますが、3D プリント ツールのコストはそのほんの一部です。この技術により、組立ラインの過酷な条件にも耐えられるよう、より硬く軽量な工具を製造することも可能になります。
3D プリントされたツールの品質は、通常の方法で作成されたツールと同等以上です。この高レベルの精度と耐久性により、職場でより多くのものを簡単に作成し、より効率的に作業できるようになりました。
さらに、金属 3D プリントは非常に柔軟であるため、以前は不可能だった特定のツールを 1 回限りまたは小ロットで作成することが可能になりました。
5. 自動運転車用コンポーネントのラピッドプロトタイピング
自動運転車革命は、安全で有用な部品を製造するラピッド プロトタイピング テクノロジーによって推進されています。これは、電気自動車および自動運転車のリーダーであるテスラが、ラピッド プロトタイピングを使用して自動運転車の部品を構築およびテストする方法です。センサー ハウジング、LiDAR 統合システム、高度な制御モジュールなどの自動車の運転において、テスラは 3D プリンティングやその他の形式の付加製造を利用して、厳格な性能と安全基準を満たす必要がある複雑な部品のプロトタイプや反復を迅速に作成できます。
この技術により、通常の方法では作成できない複雑な形状のユニークな部品を作成することが可能になります。ラピッドプロトタイピングのプロセスは、センサーを見つけたり、最新の電子機器を自動車の構造に追加したりするのに役立ちます。
迅速な設計により、自動運転車の部品の開発とテストが迅速化され、より迅速な技術的対応とイノベーションのサイクルが可能になり、ミスのリスクが軽減されます。テクノロジーが進歩するにつれて、ラピッドプロトタイピングは自動運転車をよりスマートで安全にするのに役立ちます。
6. 試作製造におけるラピッドプロトタイピング
従来の製造プロセスと比較して、ラピッド プロトタイピングは自動車のプロトタイプや部品を作成するための成功した費用対効果の高い方法であることが示されています。BMW は、自動車部品のプロトタイプを作成するために 3D プリンティングを使用して、ブレーキ マウントや部品の実用サンプルを作成しています。このプロセスにより、BMW の開発プロセスが短縮され、従来の製造方法と比較して、アイデアから実際の部品を完成させるまでにかかる時間を最大 90% 短縮できます。この機能は、新しいアイデアがどの程度機能するかを確認するのに特に役立ちます。
また、このテクノロジーにより、特定のタイプや顧客のニーズに合わせて特別に作られた部品の作成も容易になります。BMW では、高価な工具を購入する必要がなく、材料の無駄も少ないため、多額の費用を節約できます。従来の方法よりもはるかに少ないコストでサンプルを作成できるため、コストが節約され、設計をより頻繁に変更できるため、製品の機能が向上し、品質が向上します。
自動車業界の変化に伴い、自動車部品の製品開発プロセスにおいてラピッドプロトタイピングの重要性が高まり、現場のさらなる革新と効率の向上につながります。
7. 革新的な設計をサポートするためのラピッドプロトタイピング
ラピッドプロトタイピング技術は、デザイナーがより少ないリスクで新しいアイデアを試せるため、自動車業界で新しいアイデアを生み出すのに最適です。Local Motors は、この技術を使用して新しい車のアイデアを生み出すことで知られています。自動で動く電動シャトル「Olli」は、通常の方法では作るのが難しいユニークなデザインを持っています。Olli のデザインには、車内の設定を簡単に変更できる 3D プリントパーツが含まれています。さまざまな乗客のニーズや要望に応えます。
Local Motors は、ラピッド プロトタイピングを使用してさまざまな設計バージョンを迅速にテストし、最終製品を改善するためのフィードバックを得ることができました。この方法により、何かを構築するのにかかる時間を短縮できるだけでなく、テストされていない設計の大量生産に伴う財務上のリスクが軽減されます。社内で実用的なプロトタイプを作成できるため、設計者は事実に基づいて意思決定を行うことができ、最終的な設計が技術的なニーズと顧客の基準の両方を確実に満たすことができます。
この方法は、プロトタイピングを迅速に行うことで、設計プロセスをより柔軟にリスク回避することができ、それが自動車の設計と製造における新しいアイデアにつながることを示しています。
8. 生産ツールの製造におけるラピッドプロトタイピング
3D プリンティングは、少量のバッチを迅速かつ安価に製造できるようにすることで、自動車業界における生産ツールの製造方法を変えています。BMW グループでは、従来、エンジン ブロックの製造に使用されていた水に溶解するコアの製造に 3D プリンティングを使用しています。 、これらのコアは多大な労力と多くの時間とリソースを必要とするプロセスを使用して作成されますが、BMW は 3D プリントを使用することで、これらの部品の作成にかかる時間を数週間から数日に短縮しました。鋳造プロセスが完了した後、水で簡単に分解できる材料で作られているため、複雑なディテールがすべて残ったままになります。これにより、車の製造にかかる時間が短縮されるだけでなく、以前よりも複雑で効率的な形状のエンジンを構築できます。
BMW は、3D プリントに加えて、自動車の性能をさらに向上させるために、強度が高く軽量であることで知られるカーボンファイバー部品も使用しています。BMW はこれらの専用ツールを社内で製造できるため、多くの制御を行うことができます。これは、製造プロセスがより効率的になり、車がより早く市場に投入されることを意味します。
テクノロジーが向上し続けるにつれて、3D プリントはより多くの自動車ツールに使用されるようになるでしょう。これにより、設計者はさらに自由になり、製造プロセスがより効率的になります。
結論
結論として、ラピッドプロトタイピング技術は、自動車産業の現在と将来にとって非常に重要です。技術が向上するにつれて、製品の製造にかかる時間を短縮し、品質を向上させ、より早く市場に投入することで競争力を高めることができます。より複雑でカスタマイズされた車の製造が可能になることで、自動車の製造方法がさらに変わる可能性が高くなります。今後、自動車業界は、さらなる革新と効率の向上につながるラピッドプロトタイピングにさらに依存することになるでしょう。私たちが現在直面している問題を克服し、この革新的なテクノロジーを最大限に活用するには、材料科学、プロセス自動化、デジタル設計の進歩を続ける必要があります。
よくある質問
1. 機能プロトタイプはどのように層ごとに作成されるのですか?
機能プロトタイプは、3D プリンティングや積層造形などのラピッド プロトタイピング技術を使用して層ごとに作成されます。これにより、正確でカスタマイズ可能なデザインを迅速に作成できます。
2. 従来のプロトタイピング方法とは何ですか?
従来のプロトタイピング方法とは、ラピッド プロトタイピングが登場する前に使用されていた古い技術を指します。これらの方法には、プロトタイプの作成にモデルを手作りしたり、機械加工したり、金型を使用したりすることが含まれます。
3. プロトタイピング プロセスにおけるエンジニアとデザイナーの役割は何ですか?
エンジニアとデザイナーは、プロトタイプの概念化、設計、テストを担当し、その専門知識が革新的で機能的な製品の開発に役立つため、プロトタイピング プロセスにおいて重要な役割を果たします。
4. ラピッド プロトタイピング プロセスはどのように機能しますか?
ラピッド プロトタイピング プロセスでは、3D プリントなどの技術を利用して機能するプロトタイプを迅速に作成し、製品の設計と製造を最適化するためにテストおよび改良が行われます。
5. ラピッド プロトタイピングで使用されるさまざまな技術は何ですか?
ラピッド プロトタイピングで使用される技術には、3D プリンティング、ステレオリソグラフィー、選択的レーザー焼結などがあります。
参考文献
1. BMW Wants to Mass Produce 1 Million 3D Printed Parts in a Decade. (n.d.). http://www.caam.org.cn/search/con_5222035.html
2. 3D Printing 101: How to 3D Print a Car. (n.d.). SimpNeed. http://www.simpneed.com/news/297ebe0e5750d5d80157620807b80044
3. Bugatti’s latest 3D printing technology_Car Family_Discover Car Life_Automotive House. (n.d.). https://chejiahao.autohome.com.cn/info/8130783/
4. Tesla’s integrated die-casting technology: How to use 3D printing and create affordable electric cars? _Car Home_Discovering Car Life_Car Home. (n.d.). https://chejiahao.autohome.com.cn/info/13200706
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