英国の自動車産業の中心地に位置するVital Auto は、自動車デザインに関する深い専門知識を持つ工業デザイン スタジオです。同社の著名な顧客には、ボルボ、日産、ロータス、マクラーレン、タタなど、大手自動車メーカーが多数含まれています。
「クライアントは通常、利用可能なテクノロジーで何ができるかという限界に挑戦するために当社に来ます」と、Vital のイノベーション & エクスペリエンス テクノロジー担当副社長 Shay Moradi 氏は語ります。メーカーは、自ら実験する時間がない場合、アイデア、初期のスケッチ、図面、または技術仕様を完全に実現された物理的な形に変えるというあらゆる課題を Vital Auto に頼ります。
Formlabs の急成長中の英国再販業者SolidPrint 3Dの顧客である Vital Auto が、多数のForm 3LおよびFuse 1+プリンターを含むさまざまな高度なツールを使用して反復作業を迅速に進め、忠実度の高いプロトタイプとコンセプトカーを作成する方法を学びます。
コンセプトカーの製作
Vital Auto は、2015 年に 3 人の友人が集まって仕事を辞め、ガレージにショップをオープンすることを決めたことから設立されました。同社が最初に引き受けた契約の 1 つは、NIO EP9スーパーカー コンセプトでした。この契約により、チームはすぐに、極めてリアルで忠実度の高い車両プロトタイプの製作へと進み始めました。
クライアントのリクエストに応じて、チームは紙に描いたスケッチから、すでにデザインされた車両まで、さまざまなものから始めます。彼らは白紙から車両を開発し、すべてのメインフレーム、すべての外装および内装要素、開閉部、インタラクティブ要素を設計します。5 人から 30 人が 1 つのコンセプトに取り組むため、典型的なプロジェクトには 3 か月から 12 か月かかります。
この間、典型的なショーカーは最大 12 回のコア設計の反復を経、その中で、設計が顧客の期待を満たすまで、さらに小さなコンポーネントの反復が行われることがあります。
「私たちの業界では、製品を市場に出す前に仮想プロパティを製品評価の手段として検討するのは良いことです。しかし、物理的に製造されたオブジェクトにも常に場所があると思います。適切な重量、適切な比率のオブジェクトを手に持ったときの感覚や感触、そして物理的環境がその物理的オブジェクトに対する認識をどのように変えるかというダイナミクスに勝るものはありません」とモラディ氏は語りました。
「当社の顧客のほとんどは、新しいアイデア、革新的なアイデア、これまでにないアイデアを持って来ます。そのため、当社にとっての課題は毎日新しく、終わりがありません」と、積層造形を担当する設計エンジニアのアンソニー・バーニコットは述べています。「これらの課題は、この時間内にこの数の部品を製造する方法から、持続可能な製品を作る方法、特定の重量を達成しながら特定の性能を実現する部品を作る方法まで多岐にわたります。」
従来のショーカーは通常、粘土を粉砕して作られるだけですが、チームは 3 軸および 5 軸の CNC 粉砕、手作業による成形、手作業による粘土モデリング、GRP 複合材も使用しています。ただし、これらの従来のプロセスは、1 回限りのコンセプトに必要なカスタム パーツの製造には適していないことがよくあります。
「当社は最初から 3D プリントを使用しています。コストを削減するだけでなく、顧客にデザインやアイデアの多様性を提供するために、これを製造プロセスに導入したいと考えました」と Barnicott 氏は語ります。
現在、Barnicott は 14 台の大型 FDM プリンター、3 台の Formlabs 3L 大型 SLA プリンター、5 台の Fuse 1 SLS プリンターを含む 3D 印刷部門全体を運営しています。
「容量の面では、これらのプリンターはすべて、ほぼ初日から 24 時間 365 日、100% 稼働しています。当社は、コンセプトとデザインのあらゆる領域でこれらのプリンターを使用しています。通常、生産ベースのパーツには Fuse 1 を使用し、コンセプトベースのパーツには Form 3L を使用します」と Barnicott 氏は語ります。
Form 3L で複数の材料から複雑なデザインを製造
「私たちは、A クラスの仕上げ面が必要なあらゆるものに Form 3L マシンを使用しています。つまり、自動車業界では、革やアルカンターラ、あるいは何らかの布地素材で装飾されていない部品がある内装が一般的です。Formlabs の素材は、塗装作業員が作業しやすいように、美しく滑らかな仕上げを実現し、これらの部品をプリンターから取り出してそのまま車両に使用できます」と Barnicott 氏は語ります。
「Form 3L マシンについて私が最も興味を持っているのは、その汎用性、5 分未満で材料を変更できる機能、そして柔らかく柔軟な材料から硬くて硬い材料まで変化する材料の多様性です。これは私たちにとって計り知れない価値があります」と Barnicott 氏は語ります。
チームは、さまざまな用途に複数の材料を使用した Form 3L を使用しています。たとえば、次のようになります。
通気孔
「お客様から独自の製品を持ちかけられ、それを自社のデザインに組み込みたいという要望が寄せられるのは、当社にとってよくある課題です。かつて、あるお客様が、別の車両の独自のエアベントを自社の車内に組み込みたいとおっしゃったことがありました。当社は 3D スキャン技術を使用してこの部品をデジタルで再現し、外部スキンを作成しました。まずドラフトマテリアルでこれを作成して、デザインをテストし、お客様に検証してもらいました。そこから、ホワイトマテリアルに移行して、生産可能な部品を作成しました。」
スイッチパック
「小型スイッチパックのような非常に複雑な設計に取り組む場合、複数の材料を使用して、正しく機能するだけでなく、実際の環境で使用できる機械製品を実現できます。[これらのスイッチパックの場合]、上部表面にはTough 2000などのより硬い材料を、内部にはより軽量でコスト効率の高い材料を組み合わせました。」
ドアシール
「通常、自動車用途のドアシールは製造コストが非常に高くつきます。押し出し成形以外に製造方法はありません。そのため、金型コストが非常に高くなるだけでなく、リードタイムも長くなります。私たちは、Formlabs の最新素材の 1 つである Flexible 80Aを試すことができました。Form 3L を使用すると、このドアシールの一部を一晩で製造してさまざまな形状をテストすることができ、実際の設計から 50 ミクロン以内の精度で印刷できました。」
Form 3L を導入したことで、チームはほとんどの場合 24 時間以内に複数の部品のイテレーションを生産できるようになりました。最終的に 3 台の異なるマシンを購入し、3 種類の異なる材料を使用して、最大 3 種類の部品のイテレーションを同時に生産できるようになりました。その後、コスト削減分を顧客に還元したり、同じ価格で複数の設計オプションを提示してより高い価値を提供したりすることができます。
「積層造形法の利点の 1 つは、時間枠を短縮できることです。では、その解放された時間枠で何をするのでしょうか。私たちは、それを代替案を想像し、プロセスに反復ループを追加することで可能性の空間を広げるものと見ています」とモラディ氏は語ります。
「当社が製造する製品の多くは、Form 3L がなければ絶対に製造できません。7 軸 CNC 加工などの最先端の製造技術を使用すれば、こうした部品を製造することは可能ですが、それには多大なコストがかかります」と Barnicott 氏は語ります。
機械部品のCNC加工をFuse 1で補完
「Fuse 1 +は、当社が SLS 技術に初めて挑戦したものでした。当社は中小企業なので、この技術を現場で導入することは絶対にできないと思っていました。Fuse 1+ では、1 台だけではなく、実際に 5 台の機械を現場に設置しています。これらの機械により、構造機械部品を非常に迅速に製造できます。これは、テスト用だけでなく、ほとんどのコンセプトの実際のアプリケーション用にも使用できます。このプロセスは、通常、形状に応じて現場または現場外で CNC 加工によって行われ、部品が手元に届くまで 2 ～ 4 日待たなければなりませんでした。Fuse 1+ を使用すると、現場でこれらすべてをカバーでき、ほとんどの場合、24 時間以内に部品を入手できます」と Barnicott 氏は語ります。
チームは主に、ドアヒンジ、ドアハンドルインナー、ドア内部、構造アプリケーションなどの機械部品に Fuse 1+ を使用しています。これらの部品は、最小限の仕上げでプリンターから取り出してすぐに使用できます。チームが Fuse 1+ を使用した事例は、次のものがあります。
ドアハンドル
「自動車の内装部品の多くは、従来の射出成形法を使わずに製造するのは非常に難しい場合があります。内部の空気ダクトや通気口など、目に見えないのに製造に多額のコストがかかる部品です。当社ではこれらの部品の製造に Fuse 1 を使用しています。これにより、通常かかる多額のコストをかけずに、車両に搭載するデザインをより柔軟にすることができます。」
ブレーキキャリパー
「時には、特定の部品に自社のブランドがどのように表示されるかを確認したいというお客様の要望に応えるために部品を製造することもあります。つまり、お客様のブランドを適用できるように、部品を迅速に製造する必要があります。ブレーキ キャリパーなどの部品の製造には Fuse 1 を使用し、キャリパーのさまざまな場所にさまざまな色でロゴを生成して、お客様に確認していただくことができます。」
スーパーカーのインタラクティブコンセプト
「3D プリントにより、SLA と SLS の両方の素材を組み合わせて、特定のプロジェクトで設計の反復作業を進めることができるようになりました。これにより、両方のプロセスを組み合わせて、それぞれの特性を生かしながら複数の反復作業を迅速に作成し、最終設計を実現できます。機械部品から透明部品まで、あらゆるものを対象に、光学的品質と出力をチェックできます。」
積層造形が減算造形に取って代わるとよく言われますが、Vital Auto チームは、さまざまな技術を組み合わせてそれぞれの長所を生かすことにメリットがあると考えています。
「私たちは、2 つのプロセスを併用して、お互いをサポートし合っています。多くの部品では、まず減算製造法を使用し、その後、すべての細かい部分を付加製造法で製造します。これにより、多くのコンセプト モデルをよりコスト効率よく製造できます」と Barnicott 氏は語ります。
3D プリントで高忠実度のコンセプトカーを制作
「過去 10 年間のテクノロジーと 3D プリンティングの進歩は驚異的です。私が最初に少量生産のニッチな車両を生産し始めた頃は、現在生産している製品のいくつかは、まったく入手不可能なものでした。そして、現在ではこれらの部品を生産できるだけでなく、非常にコスト効率よく、非常に迅速に生産することもできます」とバーニコット氏は語りました。
3D プリントは、チームがより優れた製品をより早く作成するのに役立つだけでなく、新しいビジネスを引き付けることにも役立ちます。多くの顧客が、最新のテクノロジーにアクセスしたい、最先端の材料を使用して部品を作りたいと考えているため、3D プリントを頼りにしていることが分かりました。
「もう新興技術として分類できないものがあります。3D プリントもその 1 つです。私たちが生産するすべてのものは、その上に重ねるすべての製造工程を経て、最終プレゼンテーション ステージで使用できるほどに進化しています。3D プリントは、ほとんど目新しいものから、私たちの仕事と完全に切り離せないものになりました」とモラディ氏は語ります。