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群馬産業(2023年12月)
群馬県は「2050年に向けた『ぐんま5つのゼロ宣言』実現条例」を制定し、脱炭素社会づくりを推し進めている。豊かな自然が魅力で、産業界から「選ばれる県」になっており、再生可能エネルギー関連プロジェクトも相次ぐ。また多くの「挑戦する企業」がユニークな取り組みを活発化している。県産業界の一端を紹介する。
AM実装の旅路を行く 群馬積層造形プラットフォーム
群馬県には多様なモノづくり企業が集積している。原燃高などなどにより、事業環境は厳しさが続いているものの、新規分野への進出などを志向する「挑戦する企業」が少なくない。こうした動きの一つが「群馬積層造形プラットフォーム」(GAM、群馬県太田市、鈴木宏子代表理事=共和産業社長)だ。発足から約2年半がたち、成果が芽吹きつつある。
試作・検証 ノウハウ習得
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GAMのAMアトリエ -
2輪車向け単気筒シリンダーヘッド(共和産業)
「4年ほど前、ある米メーカーに金属積層造形(AM)の場合の見積もりもほしいと言われた。それ何?って感じだった」。鈴木社長はこう振り返る。その後、金属積層造形装置(金属3Dプリンター)の導入も検討したが、ノウハウがないと、ただの箱になる。こうした時に持ちかけられたのが、日本ミシュランタイヤが主宰するGAMだった。「これだ!と思った」(鈴木社長)。
GAMは2021年7月にメンバー8社で発足。22年4月に日本ミシュランタイヤ太田サイトに「ミシュランAMアトリエ」を開設し、アダップ社製の金属3Dプリンターを導入した。AMは立体物を輪切りにした断面データを基に、樹脂・金属粉体などで薄い層を積み重ねて製作する。量産には適さないが、切削では困難な微細・複雑形状の製品をつくれる。GAM加盟により、試作・検証を通じ、設計・デザインや造形パラメーター調整、後工程処理、品質管理などのノウハウを習得できる。
共和産業は、2輪車向け単気筒シリンダーヘッドを試作した。アルミニウム粉を用いて「造形設計―積層造形―応力除去焼鈍―造形プレート切断―機械加工」の工程で、約1カ月半で完成にこぎ着けた。造形肌面粗度や寸法精度などを測定し、鋳造品と同等であることを確認。今後は実機による耐久試験などに取り組む計画だ。
この技術により、クラシックカー・バイクのレトロフィット事業を視野に入れる。3Dスキャニングなどによって廃盤となった補給部品などをデータ化することで、一品モノをつくれる。主力事業である自動車パワープラント試作・開発、レーシング部品開発との親和性が高く、これまで積み上げてきたノウハウも生かせる。鈴木社長は「医療関連の微細部品にも挑戦したい。これであれば、AMでも量産対応できる」と意欲的だ。
価値を生む「探索マップ」
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樹脂成形向けコンフォーマルクーリング金型(しげる工業) -
冷却水館精度確認用の試作品(東亜工業)
しげる工業は、樹脂成形向けコンフォーマルクーリング金型を開発した。樹脂成形は溶融した高温の樹脂を金型に射出し、冷却・個化して取り出す。変形や反りのない成形品にするには、金型の内部に冷却配管をつくり、均一に冷却することがポイントになる。この点、今回の事例では既存の金型の冷却配管は垂直に3本のみであったが、AMであれば成形品の形状に合わせて縦横無尽に設定できる。金型の温度制御を向上し、冷却効率を上げられる。
AM金型では、材料剛性が高く耐光性を有するアクリロニトリル・エチレン・スチレン(AES)と、樹脂成形としては汎用性の高いポリプロピレン(PP)の二つの熱可塑性樹脂を成形した。結果、AESは良好だったものの、PPは狙ったほどの変形防止効果を得られなかった。要因はPPの方が成形収縮率が大きいため、相対的に効果が低かったものと推測された。
このため、PPについて樹脂や金型の温度、冷却時間などの成形条件を見直し、24年1月をめどにトライアルを始める計画。3月に結果をまとめる。同社はインパネが主力で、PP製の部材を多く手がけている。トライアルで良好な結果を得られれば、一気に実用化に近づく。
熊谷泰典取締役常務執行役員開発本部長は「これだけ複雑に入り組んだ冷却配管の金型をつくるのは、AMでないと不可能だ。金型の仕上がりへの懸念もあったが、杞憂(きゆう)だった」とした上で、「AM技術を使い倒し、金型の温度制御を高度化したい」と笑顔を見せた。
東亜工業は、車体骨格部材向けホットスタンプ(HSP)金型への適用を目指している。HSPは専用鋼板を900度C程度に加熱後、プレス機で成形、急速冷却して高強度化する工法で、通常の冷間プレスに比べて成型性が優れており、強度も高くなる。車体側面のセンターピラーアウターなどで用いられる。
このHSP金型をコンフォーマルクーリング金型化することで、冷却効率を上げられる。加工サイズや時間・コストにも適した方式として、金属材料のワイヤをレーザーで溶かしながら堆積させる指向性エネルギー堆積法(DED)方式を採用し、メンバーと共同開発している。
しかし、冷却水管精度確認用の試作品では、水管の上面の造形時にワイヤが垂れて精度不足になることが判明。現在は並行して鋳造用の砂にバインダー(結合剤)を噴出して固化するバインダージェット方式による精密鋳造技術の採用なども検討している。大澤重幸常務取締役自動車事業部テクニカルセンター統括は「開発スピードを上げ、革新的なモノづくりをするには、従来にはない逆転の発想が求められる。改善を重ねてステップアップする」と意気込んでいる。
GAMは、AMをモノづくりに実装し、新たな価値を生み出すまでの旅路として「探索マップ」を策定している。「目指す価値―価値実現の方策―乗り越えるべき課題―新たな価値(成果)」のプロセスで、知恵を持ち寄る。現在はメンバー22社・機関で、ともに旅路を行く。