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CT - 開発プロジェクト「AGENT-3D-CastAutoGen」を効率的にサポート

2020年6月11日 | Gina Naujokat

自動車業界の大規模な開発プロジェクトにおいて、X線コンピュータ断層撮影(CT)が研究開発や製造プロセスの構築を強力にサポートし、時間と費用の削減に貢献することが改めて実証されました。

CT-volumetric-display

プロジェクトの概要:

人々の嗜好がさまざまであるように、今日のグローバルな消費社会における商品ラインナップも多岐にわたります。自動車業界では、さまざまな自動車メーカーが存在するだけでなく、各メーカーが多くのモデルを展開する複数のブランドを維持し、さらにその中で多くの異なるタイプが提供されています。個々の部品は、わずかな違いしかないことも少なくありません。

車両の多くの部品、特にエンジンやシャシーは金属の鋳造品です。鋳造用の金型製作や鋳造プロセス自体は複雑な工程であり、量産によって初めて費用対効果が生まれます。

BMBF(連邦教育研究省)の助成を受けたAGENT-3D_CastAutoGenプロジェクトにおいて、7社の代表者(Fraunhofer IWU、Fraunhofer IWS、BOHAI TRIMET Automotive Holding GmbH、EDAG Engineering GmbH、Oerlikon AM Europe GmbH、Audi AG、ZF Friedrichshafen AG)が参画し、標準的な鋳造品を付加製造(アディティブマニュファクチャリング)によってさまざまな要件に合わせてどのように変更できるかを第一段階として検証しました。

Fraunhofer IWSが主導したシナリオ2のテストピースは、アルミニウム鋳造合金AlSi12Cu1(Fe)製の全長25 cmの鋳造製ブラケットであり、追加の安定性と連結要素が必要でした。この目的のため、AlSi1MgMn製の支持幾何形状が3Dプリンティング(レーザーメタルデポジション - LMD)によって付与されました。コンピュータ断層撮影(CT)により、明確な洞察を得ることができました。

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3Dプリンティングによるサポートが付いた鋳造製ブラケット

Hybrid-Bracket02_467x341px

YXLON FF85 CTコンピュータ断層撮影システムによる12分間のスキャンにより、重要な知見が得られました。ハイブリッドエンジンブラケットの付加製造部分は気孔がほとんど見られなかったのに対し、ダイカスト製ベース部品との接触領域では気孔体積が増加していました。接合ゾーンの気孔率は、負荷の小さい鋳造部分の気孔率と同等でした(「仮想断面」の画像の赤いマーキングを参照)。

YXLON-FF85-CT
CT-volumetric-display-1

CT体積表示

Virtual-cross-section

仮想断面:接触ゾーン(緑のマーキング)および鋳造領域(赤のマーキング)における気孔

2つの仮説が立てられました。

  • 鋳造品から接触領域へとガス放出(アウトガス)が発生しており、これはダイカストプロセス中のより高い真空度によって低減できる可能性があること。
  • アクセシビリティの理由から、LMDパウダーノズルの角度が最適ではなかったこと。

ステップ1: 

ブラケットを高真空下で鋳造しました。3Dプリンティングによる支持幾何形状の付与後、接触領域における気孔の顕著な減少が確認されました。

Optimization-Step-1

ステップ2:

最適に位置合わせされたLMDパウダーノズルを使用し、高真空下で製造されたブラケットに支持幾何形状を付与しました。接触領域の気孔数がさらに減少しました。

Optimization-Step-2

わずか3回の12分間のCTスキャンにより、品質を大幅に向上させながら、このハイブリッドブラケットの製造プロセスをコスト効率よく開発することができました。

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