AMが熱管理の限界を押し広げる方法

2025年3月10日 | 読了時間：5分

アディティブ・スナック・ポッドキャストの最新エピソードでは、ホストのファビアン・アレフェルトがコンフルックス・テクノロジーの創業者兼CEOであるマイケル・フラーを迎え、積層造形（AM）が熱交換器産業をどのように変革しているかを掘り下げた。この対話からは、3Dプリント技術の革新的応用における技術的課題、市場機会、そして将来の展望に関する貴重な知見が明らかになった。

 
F1からコンフルックス創設へ：あるエンジニアの軌跡

マイケル・フラーがコンフルックスを設立するまでの道のりは、幼い頃から抱いていたモータースポーツへの情熱によって形作られました。わずか12歳の時、彼はF1チームに手紙を書き、将来どのようにして彼らと働くことができるのかを尋ねました。彼らの助言に従い、彼は工学の学位を取得し、最終的にF1、ル・マン耐久レース、世界ラリー選手権（WRC）といったヨーロッパのモータースポーツ業界で15年間を過ごしました。

モータースポーツにおけるこの豊富な経験は、後にコンフルックスの創設に影響を与えることになる二つの重要な要素をフラーに知らしめた：

• 熱伝達の課題：レーシング車両は膨大な熱を発生させるため、最適な性能を発揮するには効率的な熱管理が不可欠である。
• AMの早期導入：モータースポーツ業界は自由形状造形とラピッドプロトタイピングの早期導入者であった。

ある決定的な気づきは、フラーがAM技術がF1チームの風洞試験時間を延長できると認識した時に訪れた。従来はコーナーごとに60～80個の金型を必要としたブレーキダクトのような複雑な部品に3Dプリント技術を用いることで、チームは追加で2～3週間の空力試験時間を確保できる。このトレードオフは、プリント部品のわずかな重量増を上回るメリットをもたらした。

家族の事情でオーストラリアに戻った後、足首の骨折によりフラーは10週間自宅療養を余儀なくされた。この期間中、彼は契約製造会社のEOS M 280を用いて積層造形法でしか製造できない熱交換器のコンセプトを設計した。この設計は、彼が2014年に設立したコンフルックス・テクノロジーの基盤となるものとなった。

積層式熱交換器の技術的優位性

フラーは、熱交換器の性能は主に以下の3つの主要指標で評価されると説明した：

• 熱伝達効率：装置が流体間で熱を伝達する効率性。
• 圧力損失：流体が熱交換器を通過する際に生じる流動抵抗。
• 重量／包装体積：物理的なサイズと質量。

従来、これらの要素にはトレードオフが伴う——熱伝達効率の向上は通常、圧力損失の増加やサイズ拡大を意味する。しかし、AM技術によりConfluxは以下を通じてこれらの制約を打破した：

• 高解像度特徴を備えた三次元表面形状。
• 流体が高温から低温へ移行する際に生じる熱物理特性の変化に対応するため、デバイス全体で変化可能な適応型形状。
• 不要な流れの制限なく効率的な混合を促す最適化された内部構造。

性能対コスト比：市場の課題

コンフルックスの熱交換器の性能上の優位性は確かに魅力的だが、フラーは現在の市場実態について率直に語った。同社の技術は、一般消費者向け車両のラジエーターのような大衆市場向け用途をまだ目指していない。代わりに、性能制約が最優先でコストが二次的な用途——モータースポーツ、航空宇宙、先進航空モビリティ、宇宙システムなど——に焦点を当てている。

フラーは示唆に富む比較を共有した：コンフルックス熱交換器は従来型製品の5分の1のサイズだが、現時点では価格がより高い。目標は、継続的な革新と生産規模拡大を通じて、この価格差を「100倍から10倍」に縮小することである。

製造における課題：大規模生産における精密性

これらの複雑な熱交換器の製造プロセスは、並外れた課題を提示する。フラーは必要な精度について次のように説明した：

• 熱交換器には最大20万個のフィン構造が含まれる場合がある
• 各ひれは複数の箇所で管状の構造体に接続され、40万の接続点を形成する
• 構造全体は10,000～15,000層にわたって層ごとに積み上げられて構築される
• たった一か所の針穴ほどの漏れが、装置全体を無用の長物にしてしまう

製造の複雑さは、この精度を一度達成することだけではありません。大規模で確実に達成することです。これには以下の深い理解が必要です：

• 薄肉厚（500マイクロン未満）における材料特性 
• これらのスケールにおける機械的特性（伸びなど）の非線形応答 
• 熱交換器の形状に特化して最適化されたプロセスパラメータ 
• 厳格な品質管理システム

未来：インパクトのためのスケールアップ

コンフルックスのビジョンにおいて最も野心的な側面は、生産規模を劇的に拡大する計画である。フラーは大量生産ニーズに対応するロードマップを提示した——2028年から2030年までに年間最大5万台に達する可能性もある。

これを実現するため、コンフルックスは顧客の組立ライン近くやサプライチェーン内に展開可能な「モジュール式セルベース生産アプローチ」を開発中である。このシステムには以下が含まれる：

• 既存技術の集積
• 特定の生産ニーズに合わせたカスタム設計の機械
• ユーザー認証、知的財産保護、および商業生産を管理するソフトウェアオペレーティングシステム

目標は、コンフルックスの知的財産と専門知識を活用しつつ、顧客の需要に応えるために世界中で展開可能な熱交換器生産の「青写真」を作成することである。

市場応用と産業導入

コンフラックスの技術は、複数の産業分野で応用されています：

• モータースポーツ：彼らの本来の市場であり、性能が最優先される分野
• 自動車：特にEV開発において、ただし最近の業界の引き締めにより成長は鈍化している
• 先進的航空モビリティ：発展途上ながら成長著しい市場で、活発な開発活動が展開されている
• スペース：コンフラックスは既に大手OEMメーカーと中小サプライヤーの両方と協業している
• 産業用途：MRI装置や、皮肉なことに一部のAM（積層造形）装置を含む

フラーは、産業用途は輸送や航空宇宙分野に比べて機会が少ないと指摘した。その主な理由は、多くの産業環境ではスペース制約がそれほど重要ではないためである。

競争優位性としての柔軟性

純粋な性能指標を超えて、フラーはコンフルックスのアプローチが持つもう一つの重要な利点を強調した：設計と生産における柔軟性である。設計変更に大幅な再工具化を必要とすることが多い従来の熱交換器とは異なり、コンフルックスは設計を迅速に反復しカスタマイズできる。

この柔軟性は主に二つの提供形態で現れます：

• 構成可能な製品ファミリー：最小限の非反復設計コストで特定の顧客ニーズに迅速に適応可能な事前開発済み設計 
• 完全カスタマイズソリューション：特殊な用途と厳しい要件に対応する包括的な開発プログラム

今後の道筋：課題と機会

コンフルックスが成熟を続ける中、同社は性能向上とコスト削減の間で研究開発投資のバランスを取らねばならない。技術要件と市場需要の両方に基づき材料を慎重に選定し、採用する新素材ごとに厳格な特性評価とプロセス開発を経る必要がある。

将来の需要に対応するための生産拡大は、依然として最大の課題であると同時に最大の機会でもある。コンフルックスは、世界規模で展開可能な生産システムを開発することで、熱交換器製造を変革し、高性能ソリューションを大規模に提供することを目指している。

フラーが結論づけたように、これは単に優れた熱交換器を作るだけではない——「インパクトを最大化するためのスケールアップ」が鍵なのだ。

F1エンジニアの構想から世界的な製造設計図への道のりは野心的だが、コンフルックス・テクノロジーは熱管理分野におけるこの変革を主導する態勢が整っているようだ。

マイケル・フラーによるさらなる洞察と、熱交換器向け積層造形の未来については、Additive Snack Podcastのフルエピソードをお聴きください。