Form 4Lはかつてないスピードと精度、信頼性で大容量の3Dプリントを再定義

家族経営の自動車サプライヤーとして世界5大企業に入るBroseでは、設計と実製品用部品の製作の両方でアディティブマニュファクチャリングが重要な役割を果たしています。Brose North Americaの拠点では3Dプリントを活用し、忠実度の高いプロトタイプの大量生産、オンデマンドの治具や固定具の製作、さらにはBMWなどのOEMパートナー向けにSLSで何十万もの実製品用の自動車部品の製作を行っています。

Brose North Americaでは、溶接部門がプロジェクトの間を頻繁に行き来する必要があります。溶接ロボットが新しい製品ラインに移行するたびに、そのプロジェクト独自のパラメータに対応させるためにロボットを事前にプログラムし直すためです。
溶接ロボットのプログラミングに金属製の部品を使用すると高額になるうえ、溶接ステーションでマシンのトレーニングを開始するまでに部品が間に合わないことが多くありました。3Dプリントによって高速かつ手頃な価格で部品を製作することもできますが、シートレールのサイズが大きいため大容量の3Dプリンタが必要なこと、かつ高精度部品を優れた寸法精度で高速に造形でき、溶接治具に取り付け後も耐えられる強度が求められるなど、厳しい要件を満たす必要があります。

火曜日の朝、Broseのもとに新発売となる大容量のSLA光造形3Dプリンタ Form 4Lが届くと、チームは早速開梱に取り掛かります。セットアップにかかった時間はわずか30分。その後はすぐにFast Modelレジンを使って大型の溶接セットアップパーツを造形し始めました。4回に分けてプリントしたパーツは最大造形サイズをほぼ埋め尽くすほどの大きさであったにもかかわらず、Form 4Lはわずか2時間以内に造形を完了。取り出した造形品を素早く洗浄して二次硬化を行った後、わずか45分後には溶接ロボットに治具を取り付けることができました。

OEMパートナーの中には、注文からわずか24時間以内に部品の納品を望むところもあります。Form 4Lの造形速度と品質は、Broseのアディティブチームがこのような厳しい納期に対応する上で重要な役割を果たしています。Broseにおける3Dプリント活用の全容については、以下からストーリーをお読みいただくか、オンデマンドのウェビナーをご視聴いただけます。

Microsoftは何十年もの間、技術製造界の頂点に君臨してきました。そんな同社が持つAdvanced Prototyping Lab（APL）では、想像しうる限りの製造技術がほぼすべて、所狭しと並んでいます。APLは、XboxやSurfaceタブレットなど、Microsoftが提供するあらゆる製品の注文に対応しています。

ラボの作業員の一人は最近、既存のForm 4プリンタの造形サイズを超えるタブレット筐体の製作依頼を受け、しかも短時間で仕上げる必要があったといいます。「これは、Form 4Lの前は製作が難しかったパーツです。時間がかかりすぎますし、3Dプリントは候補になり得ませんでした。試作・検証プロセスが遅延する原因になる可能性がありましたから」と、APLのプロトタイピング責任者のMark Honschke氏は言います。3DプリントチームがこのプロトタイプをForm 4Lで製作したところ、同日の午後には納品することができました。「4時間で造形できるのなら、色々と話が変わってきます」とHonschke氏は言います。

しかし、造形時間がすべてではありません。チームの生産性や効率に影響を与えるのは、事前準備や後処理にかかる時間も同じです。Form 4Lは、APLにおける光造形3Dプリントのワークフローを簡素化し、事前準備と後処理作業の両方を高速化することで、コンセプト製作から実際の納品までにかかる時間をさらに短縮しました。

Form 4Lの造形サイズなら、これまで2つの部品に分けて製作していたパーツも一度にプリントが可能になるほか、日中は急ぎのパーツ製作を主に行い、夜間に可能な限り多くのパーツを造形しておくこともできます。後処理工程でいうと、造形品とサポート材の接点であるタッチポイントが小さくなったことで、仕上げにかかる時間が短縮されました。

APCには、XboxからSurfaceタブレット、ヘッドセットなど、様々な機器の概念実証（PoC）用のアセンブリ製作依頼が頻繁に届きます。すべての部品が同時に製造されるわけではないため、そういう時は3Dプリントが実力を発揮します。「例えば回路基板は1週間後に届き、ミッドフレームは3週間後に届くというように、納期がバラバラなんです。ようやく届いたとしても安心できず、届いた回路基板の厚さが1/2ミリだけ厚かったためにケースのカバーが閉じない、なんていうこともあります。そういう時に、3Dプリントが役に立ちます。10個や20個どころではなく、50〜100個という数を造形していますよ」と、Honschke氏は言います。

最近では、XboxのミッドフレームのPoC依頼が50台分入りました。外注した内部コンポーネントに問題があったためです。「『50個作ることはできるが、完璧に綺麗にした状態にはできないよ』と前置きしておいたんです。ところが、Form 4Lはサポート材の取り外しが非常に簡単だったので、そこまで問題になりませんでした。そして、これまでなら1週間半かかっていたところ、満杯のプリント3回分を3日間で完了することができました。その時のプリントだけで、Form 4Lのコストはすでに元が取れてしまいました」とHonschke氏。

Form 4とForm 4Lの両機が社内に備わったことで、APCは新たなチャンスを手に入れました。これほどのスピードで高品質パーツを製作することができれば、大型のPoCパーツもより多く提供できるようになります。「Xboxは毎年1～2回、Surfaceは2～3回ほど、PoC用のプリントが必要になります。これをすべて社内で完結できるようになれば、セキュリティ的にも望ましいですし、早めに製作できれば課題の発見も早まります。Form 4とForm 4Lを活用する良いビジネスチャンスだと思います。このプリンタたちを担当してくれる作業員を選任でつける価値があると、証明できると思いますよ」とHonschke氏は言います。

100年以上にわたり子供たちとその家族から信頼され愛され続けてきたRadio Flyerは、National Toy Hall of Fameで殿堂入りを果たしたOriginal Little Red Wagon®という有名なおもちゃの製造を手がけるメーカーです。同社は常にポップカルチャーの最前線として、そして子供たちのクリスマスプレゼントの第一候補となる製品を手がける世界トップメーカーとして、ワゴンやスクーター、三輪車、ゴーカート、電動自転車など実際に乗って遊べるおもちゃやその他多くの画期的な製品を世に送り出してきました。 
 
Radio Flyerの開発工程では3Dプリントが非常に重要な役割を担っており、設計エンジニアのAgostino LoBello氏は、Formlabs FuseシリーズのSLS 3Dプリンタを2台、Form 3LおよびForm 4L大容量SLA光造形プリンタを1台ずつ、FDMおよびPolyJetプリンタを運用しています。Form 4Lを導入する前、LoBello氏のもとには光造形による製作依頼はあまり届かず、設計チームもエンジニアリングチームもFuseシリーズによるSLSパーツを好んでいたと言います。しかしForm 4Lで造形を始めて数週間が経った頃、LoBello氏は大容量のSLA光造形プリンタによる同日の製作依頼が増えていることに気がつきました。

「Form 4Lはこれまでのギャップを埋める存在になったと思います。造形の信頼性や寸法精度の問題から、これまでは光造形はあまり使用していませんでした。しかし、今では精度の面でも造形の速さの点でも、Form 4Lによる造形品を依頼する人が確実にいることに気がつきました」とLoBello氏は言います。

SLA光造形の依頼が入るパーツの大半はRadio Flyerが「ロードショーモデル」と呼ぶもので、造形品にやすりがけと塗装を行い、射出成形に匹敵する表面仕上げが施された後、Target、Walmart、Amazonといったeコマースサイトの写真撮影に送られます。「ベンダーが製品を採用する前にレビューを行うためのもので、基本的には量産部品と見分けがつかないような仕上げが必要です。そのような場合には、SLA光造形を使います」とLoBello氏は言います。

このようにベンダーに送るためのパーツは、LoBello氏が抱える製作依頼リストのごく一部です。他の依頼はほとんどがFuseに送られていましたが、Form 4Lの登場でその状況が変わりました。

Form 4Lのおかげで、LoBello氏は設計およびエンジニアリングチームからの要望をさらに受け入れる余裕ができたと言います。プリンタが中断することなく稼働し、かつてない造形速度を手に入れたことで、これまでより多くの依頼を処理できるようになったためです。RadioFlyerによるForm 4Lの活用事例については、以下から全文をお読みいただけます。