自動車業界は現在、化石燃料車から電気自動車への移行が消費者の関心の高まりや規制の強化によって急速に進展しています。Fordは100年以上前にモデルTの生産と組立ラインの導入で業界をリードしたのと同様に、今回の変革でも先頭に立ち、2030年までに欧州での販売をすべて電気自動車に切り替えることを目標としています。

Ford Motor Companyは世界第6位の大手自動車メーカーで、年間400万台以上の自動車を生産し、世界中で17万5,000人以上の従業員を有する企業です。Fordの欧州事業の中心となっているのは、1930年に設立し、Ford Fiestaの組立で有名なFord Cologneです。

この工場に隣接するPD Merkenichは開発センターとして、Fiesta、Focus、Kugaをはじめ、欧州市場初の完全電気自動車としてCologne組立工場で連続生産を開始したExplorerなど、人気モデルを含む欧州市場向け乗用車の設計を一貫して手がけています。また、英国のFord Dunton Technical Centreとも連携し、商用車の開発も支援しています。

しかし、激しい競争とますます短縮化が進む開発サイクルに、Fordはどのように対応しているのでしょうか？

実物大の自動車用プロトタイプの製作をサポート

「プロトタイピングは開発工程において非常に重要な役割を担っています。試作品を作ることで、エンジニアは設計を実物で確認・検証できるようになるのです。射出成形用や量産用の金型を作った後に設計変更が必要になると、多大なコストがかかります。また、金型製作には時間もかかるため、最悪の場合は生産ラインにダウンタイムが発生することもあります。プロトタイピングを行い、利用可能な技術を最大限に活用することで、こうした問題を回避できるのです」と、FordのRapid Technology Centreスーパーバイザー、Sandro Piroddi氏は語っています。

実物大の車両試作には多種多様なツールが必要です。FordのRapid Technology Centreは、最新の製造設備を備えた広大な施設で、独自の射出成形機や成形機に加え、最大サイズのシャーシパネルも加工可能なフライス盤など、多彩な切削加工のツールを取り揃えています。

同社の設備は、アディティブマニュファクチャリングなしには語れません。PD Merkenichは1994年にヨーロッパで初めてSLA方式の3Dプリンタを導入して以来、FDM（熱溶解積層）方式、SLA光造形方式、SLS（粉末焼結積層造形）方式といったポリマーベースの3Dプリンタや金属3Dプリンタの導入・拡充を継続しています。

初回のコンセプトモデルは今も粘土で作られていますが、製品開発が進み各コンポーネントが最終形状に近づくにつれて、できるだけ量産時に使う材料や工程に近い状態で形状や機能の両面をテストすることの重要性が高まっていきます。

「アディティブマニュファクチャリングは、開発工程において非常に重要な役割を果たしています。部品を迅速かつ効率的に製作できるだけでなく、コスト削減にもつながり、短期間での対応が可能になるからです。特に電動製品の開発では、開発期間の短縮が進んでおり、自動車部品の設計から検証までにかけられる時間がますます限られています。そのため、開発工程でアディティブマニュファクチャリングを活用できることは非常に重要であり、競合他社に対して大きな競争力の向上につながります。」
Ford Rapid Technology Centre スーパーバイザー、Sandro Piroddi氏

開発スケジュールの短縮化が続く中、Rapid Technology Centreでは部品の納期を短縮できるアディティブマニュファクチャリングの強化を常に模索しています。

デザインプロトタイプの製作

同社では、主にワークショップでSLA光造形方式の3Dプリンタを活用しています。特に、表面品質が重要で、試作・検証のサイクルを迅速に回す必要があるデザインプロトタイプの製作に適しています。PD Merkenichが最初に導入したFormlabs製プリンタはForm 2でしたが、その後すぐに複数のデスクトップサイズプリンタや大容量のSLA光造形3DプリンタであるForm 3Lを追加購入しました。最近では、Formlabsの最新MSLA 3DプリンタであるForm 4をいち早く導入した企業の一つでもあります。

「Form 4は非常に高速で、これまで試した中でも最高レベルのスピードを誇ります。前世代機と比べても大きな進化であり、優れたアップグレードだと感じています。操作もシンプルで、弊社のワークショップ担当オペレーターもすぐに使い方を習得し、高品質な部品を安定して製作できています」と、Fordのアディティブマニュファクチャリングエキスパート兼金型製作スペシャリスト、Bruno Alves氏は語っています。

「Form 4はまさにゲームチェンジャーです。この造形速度のおかげで、工程にも変化が出ます。生産量が上がるのでより多くの部品を提供できますし、急ぎの依頼にもより柔軟に対応できます。Form 4の導入でこれら全てが可能になりました」
Ford Rapid Technology Centre スーパーバイザー、Sandro Piroddi氏

「数年前までは何日もかけて造形していたものが、今では数分で完成するようになりました。エンジニアたちも、すぐに造形品が出来上がることを知っているため、新しいデザインや試作・検証プロセスに躊躇なく挑戦できるようになっています」と、Alves氏は付け加えます。

造形スピードが上がったことで、RTCチームはより多くの依頼を24時間以内にこなせるようになり、夜のうちに部品を発送することで迅速な納品が実現しています。

新型Explorer向けに、同社チームはSLA光造形を活用して多くの外装および内装部品の設計検証を行いました。

Alves氏はこう続けます。「Form 3Lは、車体の外装部品など大型パーツの造形も可能です。このミラーキャップは設計検証用にプリントしたものですが、高速で造形できるうえ、大量生産品に匹敵する非常に高い品質を実現しているため、3Dプリントはこの用途に最適です。」

3Dプリントで機能部品を検証

ワークショップではSLS 3Dプリンタも複数台稼働しており、機能部品の検証用に使用しています。

「私たちは常に、大量生産で使用される材料に近いものを使ってテストや検証を行っています。Fuse 1+では、射出成形による量産部品に非常に近い特性を持つPA12（ナイロン）を使用しています」とAlves氏は述べています。

大型の車体パネルも造形可能な大容量のSLS方式3Dプリンタも導入されていますが、Alves氏によれば、最大造形サイズ内に収まるものであれば、普段はより扱いやすいFuse 1+ 30Wを使用することが多いといいます。

「Fuse 1+は、競合他社の製品と比べて圧倒的に高速です。また、非常に使いやすく、作業員もすぐに操作を習得できます。最終的に私たちが最も重視しているのは、いかに早くパーツを納品できるか——それがすべてなんです。」
Ford アディティブマニュファクチャリング・エキスパート兼金型製作スペシャリスト、Bruno Alves氏

同社チームは、後処理を簡素化しFormlabsのSLSシリーズを完結させる粉末除去・研磨用自動化装置Fuse Blastのベータテスターでもありました。

「Fuse Blastのおかげで、オペレーターが手作業で粉末除去を行う必要がなくなり、作業工程が大幅にスピードアップしました。造形品を装置の庫内に入れてスイッチを押すだけで処理が完了します。以前は粉末を手作業で除去していたため、非常に時間がかかっていたんです。今ではオペレーターがその分の時間を他の作業に充てられるようになり、工程全体の効率が大きく向上しました」とAlves氏は語ります。

SLS方式の3Dプリントでは、造形中に未焼結の粉末が造形物を支えるため、サポート材が不要で、複雑な形状の部品でも容易に製作できます。同社のチームは、新型Explorer向けに、Fuse 1+ 30Wを使用してさまざまな機械部品やアセンブリの製作を行いました。

「この充電カバーを開発した際には、メカニズムのテストができる機能部品が必要だったため、SLSで造形する必要がありました。非常に複雑な設計だったため、他の方法では製造が難しかったんです。例えば、フライス加工はできませんし、射出成形で試作することも現実的ではありませんでした。実際に物理的なテストが可能な材料で造形するのが、最も適した方法だったのです」とAlves氏は振り返ります。

3Dプリンタ製のインサートを使用し、射出成形品を内製

Rapid Technology Centreは社内に多様な技術を導入することで、従来の製造工程と3Dプリントによるラピッドツーリングを組み合わせるなどハイブリッドな製造工程を実現しています。

同社のチームはコストやスピード、作業工程全体の効率化を実現するため、用途に応じて最適な製造工程と材料を選択しています。たとえば衝突試験に使用するコンポーネントは、大量生産品と同じ材料や工程で製造する必要があります。プラスチック部品の場合、一般的には射出成形が用いられ、従来はコストと時間のかかる金型製作が必須でした。

「3Dプリント製のヘリサートを活用して射出成形を行うことで、設計の試作・検証工程を高速に繰り返すことができ、多くの可能性を感じています。具体的には、金型のコア部分にキャビティを造形し、その中で変形させながら射出成形で部品を作る方法です」とAlves氏は語っています。

新型Explorer向けにも、3Dプリント製のヘリサートを使って社内の射出成形機でドアハンドルアセンブリ用のゴム部品を製造しました。

「この工程は非常に複雑でした。もともと複数のヘリサートを使用していたうえに、それぞれの種類ごとに複数のデザインバージョンを用意していたからです。通常、射出成形を外注すると完成までに2〜3カ月かかりますが、アディティブマニュファクチャリングを活用して内製化することで、その期間を2週間から最大3週間程度にまで短縮できました。もし外注に頼っていたら、もっと時間がかかってしまい、納期に間に合わなかったでしょう」とAlves氏は語っています。

電動化を加速する

2030年までの完全EV化というFordの目標は、PD Merkenichにとって非常に大きな挑戦です。必要なマイルストーンを達成するため、同社は常に最先端技術を導入し、新たな革新的工程の検証を続けなければなりません。競争力を維持するには、限界に挑戦しつつ、新素材や新工程、成形型の内製化、3Dプリントなど多様な機器を効果的に統合・活用することが求められています。

「競合他社が開発工程の高速化を進めているため、私たちも同様にスピードを上げる必要があります。そのためには、市場に新たに登場する材料や工程、機器を積極的に試していくことが重要です。もしアディティブマニュファクチャリングを採用していなければ、今頃は競合他社に太刀打ちできず、これほどのスピードも実現できなかったでしょう。短期間で最高の製品をお客様に届けられているのは、3Dプリントのおかげです」とAlves氏は語っています。