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ものづくりの魔法のつえ 3Dプリンターはクルマづくりでどう生かされている?

2021.05.21 デイリーコラム

現実になった「夢の技術」

1980年代、1990年代。20世紀のあのころに流布していた近未来のイメージ、あなたは覚えていますか? 2021年現在、高層ビル間を自在に行き交うタイヤのないクルマはまだ実現されていないけれど、世界中に行きわたったスマホは思い描いていた未来アイテムにかなり近いような。

「でも逆に言えば、わかりやすく未来っぽいアイテムなんて、スマホくらいのもんじゃない?」

と思っていたら、いや待てあったぞ。「3Dプリンター」だ。これはかなり未来っぽいアドバンストマシンといっていいかもしれない。目の前でみるみるうちにモデリングされていく製作プロセスはまるで、ちょっとした魔法を見ているようだ。

そんな3Dプリンターがいま、自動車メーカーとその周辺でますます活躍の場を広げているという。世に3Dプリンターが知られてからずいぶんとたつが、いま自動車メーカーは最新のマシンや技術をどのように活用して、何をつくっているのか? 自動車業界における、3Dプリンターのいまを調べてみた。

3Dプリンティングは、従来の金型に代わる成形技術だが、部品の金型そのものを3Dプリンターでつくるということも広く行われている。写真は「人とくるまのテクノロジー展2019 横浜」における展示物で、写真左と中央が3Dプリンターで製作された型、右奥がその型でつくられたパーツ。
3Dプリンティングは、従来の金型に代わる成形技術だが、部品の金型そのものを3Dプリンターでつくるということも広く行われている。写真は「人とくるまのテクノロジー展2019 横浜」における展示物で、写真左と中央が3Dプリンターで製作された型、右奥がその型でつくられたパーツ。拡大
2020年8月に発売された、「MINI 5ドア」の特別仕様車「ローズウッドエディション」。特別装備のひとつである助手席前方の専用パネル(写真)は、3Dプリンターで製作されたものだった。
2020年8月に発売された、「MINI 5ドア」の特別仕様車「ローズウッドエディション」。特別装備のひとつである助手席前方の専用パネル(写真)は、3Dプリンターで製作されたものだった。拡大

ものづくりの基本が変わる

そもそも金属用3Dプリンターとはどのようなマシンなのだろうか? それは、ごく微細な金属粉末の層を重ねながらモデリングできる技術で、これまで難しかった複雑なカタチの金属部品をつくることを可能にする特殊な工作機械だ。自動車産業や航空宇宙産業のほか、医療の分野でもすでに利用されている。群馬県太田市に多く存在する自動車部品メーカーなどが、付加価値の高い分野へ進出し新事業をスタートするために、協働しながら活用を進めていくという。

過日、日本ミシュランタイヤも、タイヤの金型を製造する際に使っている「3Dメタルプリンティング」の独自技術を活用し、他社にさまざまなビジネスを提案していく方針を発表した。今後はタイヤだけでなく、これをビジネスの柱にしていきたいという。具体的には太田市にある同社の研究開発拠点をベースに2021年7月に共同組織を立ち上げ、2022年4月に本格的に始動する予定だ。使用する金属用3Dプリンターはミシュランの関連企業である「AddUp」の製品で、アジア圏への事業展開も視野に入れている。

一方、BMWは2018年の時点で、過去10年間で100万点を超えるパーツをプリント試作したと発表している。しかも、その後の10年以内にすべての車両に数千点の3Dパーツが使われることも想定している。そしてその言葉通り、プラグインハイブリッドのスポーツカー「i8ロードスター」の製造に際しては、3Dプリンターで生産した数千点もの“AM部品”が用いられた。

AMとは「Additive Manufacturing」の略で、3Dプリンティングの積層造形技術による製造方式のことを指す。今後、メーカーの開発・製造現場に大きな影響を及ぼすことが確実といわれている最新技術、AM部品はその恩恵をダイレクトに受けたプロダクトだ。

3Dプリンティング技術によるパーツづくりに積極的なBMW。プラグインハイブリッドのスポーツカー「i8ロードスター」(写真)では、オープンカーのキモとなるソフトトップの構造材に同技術が生かされた。
3Dプリンティング技術によるパーツづくりに積極的なBMW。プラグインハイブリッドのスポーツカー「i8ロードスター」(写真)では、オープンカーのキモとなるソフトトップの構造材に同技術が生かされた。拡大
こちらは2015年に公開されたプジョーのコンセプトカー「フラクタル」の内装。オープンカーでありながら優れた音響効果をもたらすという複雑な形状のドア内張りは、3Dプリンターで製作されたものだった。そのプジョーブランドのクルマは現在、シャシー用パーツも多くが3Dプリンターでつくられている。
こちらは2015年に公開されたプジョーのコンセプトカー「フラクタル」の内装。オープンカーでありながら優れた音響効果をもたらすという複雑な形状のドア内張りは、3Dプリンターで製作されたものだった。そのプジョーブランドのクルマは現在、シャシー用パーツも多くが3Dプリンターでつくられている。拡大

高級車や高性能車でも生かせる

MINIでは、エンブレムや内外装のカスタマイジングに、AM部品が活用されている。なんと、ユーザーそれぞれの好みでデザインした樹脂系パーツを、一点もののアイテムとしてオーダーすることができるという。自分の名前、好みのロゴやワードなどをオリジナルであしらうことが可能なのだ。また、ロールス・ロイスは「ファントム」に1万点以上のAM部品を採用した。公になっているだけでも、ハザードランプ用の樹脂ホルダー、センターロックボタン、パーキングブレーキなどに使われている。

プジョー、シトロエン、DSといった、かつてグループPSAを構成していたブランドでは、シャシー用パーツのほぼすべてがAM部品でまかなわれている。「DS 3」のインテリアパーツも多くがAM部品だ。またブガッティは「シロン ピュアスポーツ」のエキゾーストパイプを3Dプリンティング技術によって成形したチタン合金製としたことで、従来品に比べ約50kgの軽量化に成功している。もともと高度に職人的なものづくりが求められるプロセスで、その精度に限りなく近いクオリティーが実現できる3Dプリンティング技術は、大変魅力的なのである。

ポルシェでは、ラティス構造(枝状に分岐した格子が周期的に並ぶ構造)を持つ、新開発シートにAM部品を採用。このシートはユーザーの好みに合わせたカスタマイズが可能で、従来のスポーツシートよりも軽量に仕上げることができたという。

さらに驚かされるのは、同社の高性能モデルである「911 GT2 RS」用エンジンの例だ。ポルシェはこれまでにもボディーパーツ製造やプロトタイプ開発のために3Dプリンターを使ってきたが、実際に搭載されるエンジンの製造に活用したのはこれが初のケースとなる。それまでの鍛造ピストンよりも10%ほど軽量になり、パワーも30%増しになったと、メリットばかりが際立つ。複雑な形状でもコストに影響しないとは、感嘆するほかないだろう。

ポルシェが誇るハイパフォーマンスモデル「911 GT2 RS」。その最重要パーツであるエンジンのピストンもいまや、金型よりも成形の自由度が高い3Dプリンターでつくられている。
ポルシェが誇るハイパフォーマンスモデル「911 GT2 RS」。その最重要パーツであるエンジンのピストンもいまや、金型よりも成形の自由度が高い3Dプリンターでつくられている。拡大
「ポルシェ911 GT2 RS」のピストン成形の様子。アルミニウムの粉末をレーザーが溶かし積層していく。
「ポルシェ911 GT2 RS」のピストン成形の様子。アルミニウムの粉末をレーザーが溶かし積層していく。拡大

アフターサービスにおいても福音

ざっと駆け足で、3Dプリンティング技術によって生み出されたAM部品の実例を、新車製造の側面から挙げてみた。一方で、AM部品はアフターマーケットでの補修パーツとしても大きな期待が寄せられている。その分野ではこんな利点が見込まれている。

  • 補修部品はこれまで、その大半が在庫として使われないまま倉庫にストックされてきたが、オンデマンドでの生産が可能となれば生産コスト/保管コスト/廃棄コストのすべてを抑えることができる。
  • 部品の生産をスピーディーに行うことが可能なので、受注から納品までがスムーズ。
  • 多品種・少量生産に向いているうえ、カスタマイズにも臨機応変に対応できる。

うーん、3Dプリンターの汎用(はんよう)性は計り知れないぞ。その高度なポテンシャルはぜひともすべて、善用に向かってほしい!

もちろん3Dプリンターとて万能ではない。しかもその可能性の大半は、オペレーターであるエンジニアに託されていることに間違いはない。「3Dプリンターで何ができるか」からもう一歩踏み込んで、「3Dプリンターで何をすべきか」が問われる時代が、すでにきているのかもしれない。

(文=宮崎正行/編集=関 顕也)

「ブガッティ・シロン ピュアスポーツ」。最高出力1500HPの「シロン」をベースに、そのハンドリング性能が一段と高められた、世界限定60台のハイパーカーだ。
「ブガッティ・シロン ピュアスポーツ」。最高出力1500HPの「シロン」をベースに、そのハンドリング性能が一段と高められた、世界限定60台のハイパーカーだ。拡大
「シロン ピュアスポーツ」のチタン合金製エキゾーストパイプ。その複雑な造形は、3Dプリンティング技術でなければ実現は難しい。
「シロン ピュアスポーツ」のチタン合金製エキゾーストパイプ。その複雑な造形は、3Dプリンティング技術でなければ実現は難しい。拡大
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