Fraunhofer Institute for Additive Production Technology（IAPT）は、3D印刷が高級スポーツカーのドアヒンジを再設計することにより、技術的パフォーマンスと製造コストをどのように改善できるかを示しました。
部品の再設計プロジェクト中に、IAPTエンジニアは、ドアヒンジの形状からビルドの方向、プロセスパラメータまですべてを最適化して、コストと重量の節約を最大化しました。
最終的に、この作業は、コンポーネント自体の形状だけでなく、3Dプリント部品のコストに影響を与えるあまり明白でない要因に光を当てることを目的としています。
車の生産を簡素化する
自動車産業は、さまざまな用途にこの技術を使用して、長年にわたって積層造形を採用してきた多くの産業の1つです。 ただし、これまでのところ、3D印刷は、各部品のコストを低く抑えることなく、従来の自動車生産技術のスループットをまだ提供していないため、多くのユースケースは小さなバッチに限定されてきました。 したがって、フラウンホーファープロジェクトは、技術全体が現在自動車部門で十分に活用されておらず、大量の連続生産アプリケーションがまだ初期段階にあることを示している可能性があります。
新しいモデルの開発フェーズには最大5年かかる可能性があるため、最初に確立されたユースケースはラピッドプロトタイピングです。 研究開発中に、部品のいくつかのプロトタイプが必然的に開発およびテストされます。これは、最小限のリードタイムで迅速な設計の反復を意味します。これは、積層造形の主なセールスポイントの1つです。
自動車メーカーはまた、生産と組み立てのワークフローを支援するために、ジグや固定具などの3Dプリントされた製造ツールを使用しています。 かつては鋳造されていたが現在は時代遅れになっているアフターマーケット部品にも潜在的な用途があります。 3D印刷の動的で柔軟な性質により、部品サプライヤーはオンデマンドで印刷できるため、物理的なコンポーネントの在庫が完全に不要になります。
3Dプリントされたドアヒンジ
フラウンホーファーのエンジニアは、設計作業を開始する前に、IAPTスピンオフである3D Sparkによって開発された部品スクリーニングソフトウェアを使用して、実証研究に適した自動車部品を特定しました。
プロジェクトの初期段階で、チームは最初に、ビルドルーム内のコンポーネントの最も費用効果の高い方向性を特定しました。 エンジニアは、必要なサポート構造と、1つのビルドにいくつのパーツを収めることができるかを検討しました。 この最初の方向最適化ステップにより、このような考慮なしの3D印刷ビルドと比較して、15％のコスト削減が実現しました。
次は、ヒンジアーム自体のトポロジー最適化です。 不要な材料を取り除き、力の流れをシミュレートするために必要な部品の部分のみを強化することで、エンジニアはヒンジアームの重量を35％削減することができました。 その後の材料の節約と印刷時間の短縮により、さらに20％のコスト削減が実現しました。
Fraunhoferチームは、後処理の削減（サポート構造の削減による）および作業に最適な金属粉末材料の選択に関連する追加のコスト削減も計算しました：それぞれ10％。
興味深いことに、この調査では、3D印刷プロセスで使用されるビルドパラメータでさえ、潜在的なコスト削減に貢献することがわかりました。 たとえば、より厚い層、より速いスキャン速度、およびレーザービームプロファイルの変形はすべて、ビルド時間を短縮し、印刷コストをさらに15％削減するのに役立ちます。
最終的に、このコスト中心の設計アプローチにより、IAPTエンジニアは、同じ最適化を行わなくても、3Dプリントされたものよりも80％低いコストでヒンジを3Dプリントすることができました。 CNCフライス盤と比較して、このプロジェクトはそれぞれ50％と35％のコストと重量の節約を達成しました。