ケナメタル、自動車部品メーカーVoith向けの3D印刷で製造した工具で金属切削イノベーションを推進

ケナメタルは、電気自動車の機械加工向けの、賞を獲得した3D印刷によるステーター内径加工用工具の成功からさらに進んで、Voith向けに革新的な3D印刷によるトランスミッションハウジングツールを開発しました。このツールでは、重量が約45%削減され、加工時間が約50%短縮されます。

輸送部品がますます高度化し、要件が厳しくなるにつれて、メーカーはこのような部品を加工するための複雑なツーリングソリューションを必要としています。しかしながらこれは容易ではありません。このような工具は重量が重すぎて、マシニングセンター、ツールチェンジャー、ツールマガジンで効率的に運用できないからです。また、機械加工オペレーターが工具を管理するのが難しいということもあります。

Voithのチームは、ケナメタルが3D印刷を活用して電気自動車の機械加工向けの軽量なステーター内径加工用工具を製造する方法に関心を持ち、この業界のテクノロジーリーダーと共同でソリューションを開発することにしました。

Voithの生産技術担当役員のFriedrich Oberländer氏は、"ケナメタルの3D印刷による革新的なアプローチに興味を持ち、触発され、その方向で協力し合いたいと考えるようになりました"と述べています。

ソリューション：ジェネレーティブデザインと3D印刷に関するケナメタルの専門知識

ケナメタルは、Voithのトランスミッションツールの厳しい要件を満たすために、ステーター内径加工用工具と同様に、金属積層造形に関する専門知識とジェネレーティブデザインのコンセプトを活用しました。

従来の減法製造の場合、余分な材料を除去することで重量が削減されます。しかし、3D印刷の場合、メーカーは何もないところから始めることができ、必要な場所に材料を置くだけで、従来の製造プロセスではできなかった軽量かつ複雑な形状を実現できます。

ケナメタルは、積層造形の設計柔軟性をフルに活用するために、ジェネレーティブデザインを採用しました。これは、アプリケーション固有の一連の制約を満たすために3D印刷による部品の設計を最適化する反復プロセスです。ジェネレーティブデザインプロセスでは通常、自然界に見られる構造を連想させるような、複雑な有機形状を実現できます。

Voith向け工具の場合、ジェネレーティブデザインにより、工具に対する機械加工力に直接対応でき、ケナメタルはこれにより、わずか11.5 kgの重量で、安定性、剛性、バランス、クーラント供給に最適化されたソリューションを設計できました。

ケナメタルは、工具の製作において、積層造形だけでなく、機械加工の専門知識も活かしています。工具のポケットには、精密な機械加工が施され、ケナメタルの実績あるRIQインサート技術と組み合わせて使用する仕様になっています。

「積層造形は当社の工具ボックスの工具の1つですが、精密加工に関する深い専門知識も活かし、複数の大径と併せて深穴をボーリングするという課題に効率的に対処できる新しいソリューションを開発しました」 とPenkertは述べています。 

ケナメタルの3D印刷によるトランスミッションハウジングツールの設計は、自然界で見られる有機形状を模倣しており、これによりVoithは、軽量化を実現し、加工時間を50%短縮できました。画像クレジット：ケナメタル

結果：加工時間を50%短縮

ケナメタルは、Voithと緊密に協力して試作品を製作し、ドイツのフュルトにあるデモンストレーションセンターでテストを実施しました。このセンターは、当社がお客様と協働して機械加工ソリューションを設計、反復、検証するテストおよびデモンストレーションセンターのグローバルネットワークの1つです。

このソリューションは、製造および部品品質要件の両方を満たすことが特に難しく、やりがいがありました。チームは、デモンストレーションセンターでの設計シミュレーション、積層造形、および実地テストを実施することにより、機械加工結果を検証できました。その後、Voithは現場で最初のテストを実施し、次に、連続生産で長期テストを実施しました。さらに顧客要件を実装し、共同で工具を完全なものに仕上げました。

「ケナメタルの工具は、使い始めから優れた品質と性能を発揮し、精度と表面仕上げ要件を満たしながら、加工時間を50%短縮しました。また、軽量化によりマガジン、ツールチェンジャー、スピンドルへの負荷を抑え、メンテナンスコストを効果的に削減できます」とOberländer氏は言います。「ケナメタルとの協働を通じて、このような協力的なパートナーシップにおいて、積層造形にイノベーションの大きな可能性があることが明らかになりました。」