MOSOLF Special Vehicles GmbHは、ドイツのキッペンハイムに拠点を置く特殊車両の大手メーカーです。約50名の従業員を抱え、年間約1,000台の特殊車両および緊急車両を製造しています。

同社の顧客には、ドイツの州警察および連邦警察機関、国防部門、防災・災害救援機関、技術援助機関、地方自治体、および産業部門の顧客が含まれ、これらのすべてが高レベルの専門的なカスタマイズと高性能を必要とする車両を求めています。

自動車産業では、部品のほとんどが射出成形などの大量生産プロセスで製造されます。これは数十万個の標準生産に対して費用対効果が高い方法です。

しかし、MOSOLFの顧客は、様々な専門部品や少量生産部品を必要としており、金型コストがかかるため、従来の製造方法では経済的に採算が合いません。

MOSOLFにとって、3Dプリンティング技術は、このようなニーズに対する非常に適切な解決策となります。

「現在、ドイツ国内の警察バン3台に1台は、アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）技術で製造された部品が搭載されていると私は見ています。
MOSOLFでは現在、3Dプリンティング技術を非常に高度なレベルで開発・導入しており、当社工場から出荷される車両にはすべて、3Dプリンティングで製造された部品が搭載されています。
現在、年間約5,000個の3Dプリント部品を製造しており、その傾向は増加し続けています。つまり、すべての車両には少なくとも3個、あるいはそれ以上の3Dプリント部品が搭載されているということです。」

Carsten Busam
プロジェクト計画部長
Carsten Busam
MOSOLF Special Vehicles GmbH

MOSOLFが、警察バンやその他の特殊車両、緊急車両向けに、多様な最終用途部品を製造するために、Fuseシリーズのプリンターと選択的レーザー焼結（SLS）3Dプリンティング技術をどのように活用しているか、読み進めてください。

ドイツの17の警察機関のニーズに応える特注ソリューション

「最大の課題は多様性です」とBusam氏は言います。

各州警察機関や各部署は、多種多様な車両を調達し、各車両はその特定の用途に応じてさらなるカスタマイズを必要とする場合があります。

搭載される部品も異なります。例えば、各機関が異なるメーカーの無線通信システムや信号システムを使用する可能性があり、その結果、各車両に多数の専用設計部品が必要になります。

「私たちはドイツ国内の17の警察機関に車両を製造しており、それぞれが人間工学のあり方や使用方法について独自のアイデアを持っています。したがって、主要なインフラの生産量はかなり多いものの、カスタマイズレベルを合わせると、各部品の生産量は再び少量になります」とBusam氏は述べます。

MOSOLFのチームは、標準生産車（量産車）から始めます。つまり、市販されている乗用車、トラック、バンを、顧客の要件に合わせてさらにカスタマイズします。

チームは、顧客が希望する各機器の適切な取り付け位置を見つけなければならず、同時に、取り付けが使いやすく、頑丈で、美しいことを確認する必要があります。

旧型の車両では、ダッシュボードやコンソール内部にMOSOLFが改造できるスペースが多数あったため、機器の取り付け位置を見つけるのは容易でした。しかし、新型の車両ではより困難になっています。

「現在、自動車にはますます多くのディスプレイ画面が搭載されており、車内には追加機器を取り付けるスペースがほとんど残っていません。収納スペースと携帯電話の充電台があるだけかもしれません。そのため、すべての制御装置を収容できる取り付けスペースを見つけるのは困難です。特に、一般の人に警察車両だと気づかれないようにするべき覆面パトカーではそうです」とBusam氏は述べます。

MOSOLFが3Dプリンティング技術の活用を始めたのは2016年、バイエルン州警察が保有するすべての車両とバイクに新型デジタル無線通信システムを導入することを決定したときでした。

「私たちは、すべての車両とすべてのバイクに特有のソリューションを見つける必要がありました。もしすべての部品を板金から製造していたら、途方もない時間がかかったか、あるいは結果が美しくなかったでしょう。そこで私たちは初めて3Dプリンティングの世界に足を踏み入れました」とBusam氏は言います。

警察バン用フロントLEDフラッシュライトの専用設計ブラケット チームはこれまで、このような部品の製造に板金加工プロセスを一貫して使用していました。	現在、SLS 3Dプリンティング技術は、従来の製造方法と比較して、より迅速、より簡単、そしてはるかに費用対効果の高いソリューションを提供できます。

 

当初、チームはFused Deposition Modeling（FDM）3Dプリンティング技術で部品を製造しました。当時、これは最も入手しやすく、彼らのニーズをある程度満たすことができました。

しかし、すぐに限界に直面しました。FDM技術では、受け取る作業量に合わせて生産能力を容易に拡張できず、製造される部品の品質もまだ産業レベルではありませんでした。

SLS 3Dプリンティング技術は、技術的に最適な次のステップと考えられましたが、当時、ほとんどのSLSシステムは初期費用が約20万ユーロで、小規模企業にとっては手に負えない投資でした。

FormlabsがFuseシリーズプリンターを発表したことで、この状況は変わりました。

「SLSは、優れた品質、高い精度、高性能な材料、そして同時に大量の部品を製造できるため、MOSOLFにとって非常に適した技術です。

さらに、システム全体が非常に手頃な価格であるため、費用対効果も高いです」と、Formlabsのパートナーであり、MOSOLFチームと最初から協力して同社の用途に最適なソリューションを見つけてきた3D-WERK Black Forest GmbHのCEO兼創設者であるGerhard Duda氏は述べています。

Busam氏は付け加えます。

「Fuseエコシステムは、使用とワークフローの両方において最も管理しやすいシステムであるため、私たちにとって適切な選択肢でした。」

このスピーカーカバーは、設置前（Pre-Installation）コストを70%削減するために設計されました。

スピーカーは、接着剤やネジ、ナットなどの機械的な固定具を使用せずに、クリップインシステムを介して直接インサートに押し込むことができます。

24時間でSLS 3Dプリンティングによる特注最終用途部品の製造

射出成形、熱成形、板金成形などの従来の大量生産プロセスと比較すると、

積層造形（Additive Manufacturing）の最大の利点は、金型や製造ツールへの高コストな投資なしに、特注または少量生産の最終用途部品を製造できることです。

「私たちはSLS技術、特にFuse 1+ 30Wプリンターを使用して、小型でシンプルな形状の部品から、自動車内部に設置される複雑なコンソールまで、さまざまな種類の部品を製造しています。

私たちはこの技術を幅広く利用しており、Fuseプリンターは当社の生産ニーズの約80%を満たしています。」

と、MOSOLF Special Vehicles GmbHのプロトタイピング、設計、技術コンセプトの責任者であるTiberiu Morariu氏は述べています。

MOSOLFのチームは、SLS 3Dプリンティング技術を使用して、小型のカバーや機器ハウジングから、複数の部品で構成される大型アセンブリ、自動車のコンソールやダッシュボード上のさまざまな部品まで、多様な専用設計部品を製造しています。

「要件とニーズは州ごとに異なり、さらに警察署ごとにも異なります。したがって、3Dプリンティングを使用することは、これらのニーズをより簡単に実現する方法です。

同じ車種であっても、1台の車両から別の車両へと迅速に調整・再設計できます。外形や輪郭は同じかもしれませんが、車内に設置されるシステムは大きく異なります」と、

Tiberiu Morariu氏は述べています。

無線機マウント（Radio Mount）は、特殊なカスタマイズに対応する設計の好例です。

車のコンソールに取り付ける部分はすべてのメルセデスバンで同じですが、全体のアセンブリは、各メーカーの異なる無線機に対応するためにマウント部分を変更するだけで簡単に調整できます。

このように簡単に調整できることで、プロトタイピングと実際の製造の両方のプロセスが大幅に加速されます。特に、プロトタイプと最終用途部品の両方を同じプリンターで製造できる場合はそうです。

「デザイナーとして私にとって、今日頭の中にアイデアが浮かび、それをデザインし、翌日には実際にその部品を手に取って確認できること以上に素晴らしいことはありません」と

Tiberiu Morariu氏は述べています。

「組織内の製造における3Dプリンティングの最大のインパクトは、多くの面で作業が非常に速くなったことです。

従来の製造プロセスを使用した場合、部品の待ち時間は通常4〜6週間でした。特に、部品が追加の表面処理を必要とする場合はそうでした。

しかし、3Dプリンティングを使用することで、ほぼ一晩で部品を入手できます。

3Dプリンティング技術がなければ、当社のワークフローははるかに時間がかかり、より複雑だったでしょう。なぜなら、望む結果を得るまでに、各部品を何度も製造し、修正する必要があったからです。」

Carsten Busam
プロジェクト計画部長
Carsten Busam
MOSOLF Special Vehicles GmbH

項目	SLS 3Dプリンティング	板金加工	熱成形	射出成形
設計→プロトタイプ→実部品製造までの期間	1～2週間	6～8週間	6～8週間	6～8週間
最終用途部品の調達期間	1～2日	6～8週間	6～8週間	6～8週間
その他の要因	- 金型や製造ツール不要 - 簡単にカスタマイズ可能 - 設計の自由度が高い - 部品の美観が優れている	- 金型や製造ツールが必要 - 設計の制約が多い - カスタマイズが難しい - 部品の美観が劣る	- 金型や製造ツールが必要 - 設計の制約がある - カスタマイズが難しい	- 非常に高コストな金型が必要 - 特殊なカスタマイズに対応しない - 設計の自由度が低い

 

この情報から、MOSOLFは、SLS 3Dプリンティングが、設計から実用化までの期間を6〜8週間から、製造プロセスに応じてわずか1〜2日または1〜2週間に短縮できることを発見しました。また、金型コストを削減し、少量の特殊部品生産を効率的にサポートするのにも役立っています。

「現在、車両はますます美しくなり、車内にはより流れるような線と形状があります。

車内の収納スペースも、より複雑で多様な形状になっています。

3Dプリンティングは、車両の設計と人間工学にとって非常に重要です。なぜなら、熱成形や板金加工などの他の技術では、これらを常に簡単に実現できるわけではないからです。

さらに、複雑な形状が多い車体への部品の接続も、3Dプリンティングで最もよく解決できます。

3Dプリンティングのおかげで、私はより自由に設計でき、設計と形状の創造性を最大限に発揮できます。」

Tiberiu Morariu
プロトタイピング、設計、技術コンセプト部長
Tiberiu Morariu
MOSOLF Special Vehicles GmbH

このエアベントは、放火事件捜査用の特殊車両内のブラックコンパートメントとホワイトコンパートメントを分離するための逆止弁（ワンウェイバルブ）です。

この部品は、ネジで固定された3つの部品からなる比較的複雑なアセンブリです。

当初、チームはFDM 3Dプリンティング技術でこの部品を製造しようとしましたが、丸い形状と薄い壁のため、製造が困難であることが判明しました。

そのため、チームはSLS 3Dプリンティング技術に切り替えました。SLSはより設計の自由度が高く、複雑な形状にもよりよく対応できます。

SLS 3Dプリンティングの重要な利点の1つは、エンジニアがナイロン（Nylon）などの使用材料の機械的特性に慣れていることです。ナイロンは、自動車産業で内外装部品の製造に広く使用されている材料です。

MOSOLFのチームは、SLSで製造されたナイロン部品がどのように機能するかをよく理解しているため、実用性を考慮して設計することができ、場合によっては従来の金属部品の代わりにSLSでプリントされた部品を使用することもできます。

荷室（Cargo Hold）内の取り外し可能な非常灯用クリップオンマウント	シーリングライト用ハウジングとマウント

 

「Fuseエコシステムを使用すれば、適切な材料が自然に手に入ります。これらの材料はすぐに使用でき、非常に長い間使用されており、徹底的にテストされています。」

と、Gerhard Duda氏は述べています。

頑丈さだけでなく、自動車産業での使用において最も重要な特性の1つは耐熱性（Heat Resistance）です。

FDM 3Dプリンターで使用される材料では、PLAは0.45MPaの荷重でHDT（熱たわみ温度）が約50°Cであるため、この種の用途にはほとんど使用できません。

一方、ABSのHDTは0.45MPaの荷重で約90°Cであり、PLAよりは優れているものの、多くの用途の要件と同等またはそれ以下である可能性があります。

対照的に、Formlabs Nylon 12 Powderは、0.45MPaの荷重でHDTが171°Cと非常に高く、はるかに高い耐熱性を備えています。

これは、無線機ホルダー（Radio Holder）などの最終用途部品が、夏場の暑い日差しの中で車が駐車場に駐車され、車内温度が大幅に上昇した場合でも、変形したり損傷したりするリスクがないことを意味します。

言い換えれば、SLSで製造されたNylon 12 Powderは、PLAやABSよりも、耐久性、形状安定性、高温耐性の点で、自動車の最終用途部品に適していることが明らかです。

電源ソケット用ハウジング	車内での移動や作業中に不意の損傷を避けるための保護カバー

 

場合によっては、一部の車両は警察機関や緊急救助機関にリースされ、使用期間終了後には一般市民や他の政府機関に転売されます。

このため、MOSOLFのチームは、車両の既存部品に損傷を与えたり、恒久的な改造を加えたりすることなく、車両に機器を改造・設置する必要があります。これにより、そのような任務での使用期間終了後でも、車両を簡単に元の状態に戻すことができます。

積層造形（Additive Manufacturing）技術は、このような操作を容易にするのにも役立ちます。

チームは、車両の元の部品に穴を開けたり、切断したり、恒久的に改造したりする代わりに、元の部品を取り外して3Dプリントされた部品と交換することができます。車両を元の状態に戻す必要があるときは、プリントされた部品を取り外して、元の部品を簡単に再取り付けできます。

このアプローチにより、元の車両への損傷が軽減され、カスタマイズの柔軟性が高まり、任務完了後に車両を他の目的で使用することがはるかに容易になります。

未来のパトカーは3Dプリント技術をさらに活用するだろう

SLS 3Dプリント技術の成功を受けて、MOSOLFと3D-WERKのチームは、より広範な特殊車両部品を代替するために、他の素材や追加のプリンターを使用する可能性を検討しています。

彼らの目標は、さまざまな種類の特殊車両内の設計、製造、実際の使用の両方において、3Dプリントの使用範囲をより多くの部品に拡大することです。

「私が積層造形業界で長年働いてきた今日でも、私たちが独自に設計し、製造した製品を眺めて、目の前にあるものに驚くことがよくあります。

特に、それが実際に機能し、さまざまな機能と、3Dプリント技術が提供する多くの可能性を備えているのを見たときです。」

MOSOLF Special Vehicles GmbHのマネージングディレクターであるMichael Ringwald氏は述べています。

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参考文献

https://formlabs.com/global/blog/police-special-vehicles-sls-3d-printing/