金型のイノベーションを解き放つ：AarKel Tool and DieのVilas Ravindra Dulipeta氏との対話

2024年10月30日｜読了時間：5分

Additive Snack Podcastの魅力的なエピソードでは、ホストのFabian Alefeld氏が、AarKel Tool and Die社の積層造形（AM）分野の主要リーダーであるVilas Ravindra Dulipeta氏にインタビューしています。二人のディスカッションは、金型産業におけるAMの変革的役割に光を当て、AarKelがいかに主要なトレンドセッターとしての役割を果たしているかを紹介する。

1977年に設立されたAarKel社は、カナダ、メキシコ、インド、米国に拠点を持ち、金型製造の世界的な大企業に成長した。プラスチック射出成形金型とダイカスト・アプリケーションの専門技術で知られるAarKel社は、特にEOS M 400 メタル3DプリンターのようなAM技術の統合により、技術革新の限界を押し広げてきた。

ヴィラスとアディティブ・テクノロジーとの出会い

ヴィラスの機械工学と自動車産業への情熱は、若い頃から明らかだった。

幼い頃から車が好きで、機械工学への意欲をかき立てられ、AMへの旅はインドでの学部時代に始まった。彼は自動車技術者協会（SAE）のフォーミュラ・ステューデント・レーシングに参加し、そこで初めて3Dプリンティング技術と出会った。

2010年から2012年にかけて、ヴィラスはラピッドプロトタイピングコースの一環としてPLAフィラメントプリンターを使用し、この技術がいかに部品の設計と製造に革命をもたらすかを身をもって体験した。この早い段階での体験が、彼の将来の努力の基礎となった。

学士号取得後、ヴィラスはカナダのウィンザー大学で自動車工学の修士号を取得した。この時にAarKel Tool and Die社の一員となり、後に従来の金型工程にAMを統合する上で極めて重要な役割を果たすことになる。

AarKelの積層造形：ゲームチェンジャー

AarKel社のAMへの旅は、新技術の最前線に立ち続けるという同社のコミットメントによって、約6年前に始まった。当初は伝統的な金型製造に重点を置いていたAarKel社は、提供する製品を強化する方法として金属3Dプリンティングを模索し始めた。AMシステムの世界的な大手メーカーであるEOSは、この時期に金属3DプリンターM 280とM 290を発表し、AarKel社はこの技術をダイカストと射出成形の工程に応用できる可能性を見出した。

移行に課題がなかったわけではない。ヴィラス氏が説明するように、初期のEOSマシンは金型や成形用途に特化して設計されていなかったため、アールケル社は既存のプロセスに適合させるために技術を適応させる必要があった。「治具、機械加工、取り代、熱処理を把握する必要がありました」とヴィラス氏は述べ、AMの導入に伴う学習曲線の険しさを強調した。

しかし、AarKelは辛抱した。ハイブリダイゼーションなどの独自技術を開発することで、3Dプリントインサートを従来の金型に組み込むことができた。AMと従来のCNC加工を組み合わせることで、新たな可能性が開かれ、AarKel社はコストとサイクルタイムを削減しながら、工具の性能を高めることができるようになった。

3Dプリントインサートでダイカストに革命を起こす

AarKel社がAMを通じて導入した最も重要なイノベーションの1つは、ダイカスト鋳造における3Dプリントインサートの使用である。従来のダイカスト鋳造では冷却時間が長く、生産が大幅に遅れる可能性があった。AarKel社のソリューションは？3Dプリンティング技術を使って、金型内にコンフォーマル・クーリング・チャンネルを設計することです。この冷却チャネルは、金型の表面にかなり近い位置に配置できるため、熱をより効率的に除去できる。

例えば、通常100秒かかる冷却サイクルを数秒短縮でき、大量生産環境における貴重な時間を節約できます。何千ものパーツを作る場合、この数秒が実質的な生産性の向上につながります。Vilas氏は、5インチの立方体から12インチのインサートまで、より精密な冷却を必要とする金型の特定領域に適合する部品を3Dプリントできるため、効率と製品品質の両方が向上すると指摘しています。

BMWのケーススタディ：インサート寿命の倍増

Vilas氏は、AarKel社がBMWのショックタワーの金型に3Dプリントインサートを導入した説得力のある事例を紹介した。元のインサートには気孔やダイハンダの問題があり、約5万～6万回の生産サイクルの後、頻繁なメンテナンスが必要でした。AarKel社は、3Dプリントインサートに切り替えることで、金型の寿命を10万サイクル以上に延ばすことができました。

しかし、この技術革新には予想外の展開が待っていた。新しいインサートは冷却効率が高すぎたため、金型内にコールドスポットが発生するようになり、AarKel社は最適な性能を達成するために水流を微調整しなければならなくなったのだ。このケーススタディは、技術革新と新しいプロセスの改良という課題のバランスを浮き彫りにしている。

AMによる射出成形の革新

ダイカストだけでなく、AarKel社は射出成形にもAMを応用し、ガストラップのような一般的な問題の解決に力を注いでいる。従来、射出成形におけるガストラップは、最終的なプラスチック部品に欠陥を生じさせる。AarKel社のアプローチは、エンジニアード・ポロシティ（金型内に戦略的に設計された多孔性の溝）を利用したガス抜きソリューションを開発することで、プラスチックの完全性を損なうことなく、閉じ込められたガスを逃がすことができる。

場合によっては、AarKelはこの通気技術とコンフォーマル冷却を組み合わせ、温度調整とガス排出の両方を可能にする二重目的のインサートを作成します。この革新的なアプローチは、ガストラップとして悪名高い自動車用スピーカーグリルのような複雑な部品で特に効果的であることが証明されています。

AMのコスト面の課題を克服する

企業がAMを採用する際に直面する主な課題の1つはコストだ。特に金属の3Dプリンティングは、従来のCNC機械加工よりも高価な場合が多い。しかし、AarKel社は、生産時間を短縮するマルチレーザーシステムに投資し、より手頃な材料を調達することで、この問題に取り組んでいるとVilas氏は説明する。AM分野に参入する企業が増えるにつれ、競争によって原材料のコストが下がり、より幅広い産業でAMが利用しやすくなっている。

将来の展望：金型の標準としてのAM

ヴィラスは、金型産業におけるAMの将来を楽観視している。彼は、今後5年から7年のうちに、AMがアールケルの製造工程の標準的な一部になると考えている。プリンターの大型化、材料の低価格化、技術の洗練化に伴い、AMはコスト削減、効率向上、より複雑な設計の実現において重要な役割を果たし続けるだろう。

「アディティブ・マニュファクチャリングは、これからの方法です」とヴィラスは自信たっぷりに語る。AarKel社のAMへの投資は、単に競争力を維持するためだけでなく、業界の未来を推進するためでもある。