日産自動車は2月3日、大阪大学接合科学研究所と「日産自動車 溶接・接合共同研究部門」を設立したと発表した。
自動車産業においては、使用される素材や材料の性能が向上し、多様化・複雑化も急速に進んでおり、材料を効率的に高い品質で接合するためには、新たな接合技術の開発と実用化が不可欠となっている。
今回設立した研究部門は、次世代の自動車開発で求められる高度な3Dプリンティング技術と接合技術の開発を加速させ、従来の開発工程や製造工程を効率化することを目的としており、最先端の研究開発を推進することで、技術基盤の強化と競争力の向上を図るとしている。
同研究部門では、①大阪大学接合科学研究所から生まれた高速3Dプリンティング技術「AFSD（Additive Friction Stir Deposition法）」の研究と実用化、②大阪大学接合科学研究所発の「高輝度X線透過型溶接・接合機構4次元可視化システム」を活用した接合技術開発の高度化、の二つの革新的な技術の開発と応用を推進。
＜「AFSD」の研究と実用化＞
AFSD技術は、金属の材料を溶かさずに摩擦熱を利用して固体のまま積層造形を行う固相積層技術の一種で、従来の3Dプリンティング技術には高品質と高速加工の両立が難しいという課題があり、金属粉末にレーザーを照射して積層造形を行う3Dプリンティングは高い品質を得られるものの積層速度が遅いため社会実装が進んでいない現状となっている。
一方、摩擦肉盛法は、基材に対して供給材を回転させながら加圧し、基材と供給材との間で発生した摩擦熱により供給材を基材の上に積み重ねていく技術で、従来の3Dプリンティング技術と比較して加工を10倍以上高速化することが可能で、供給材も摩擦熱で温められるものの溶融しない温度で積層造形されるため、材料そのものが持つ強度や伸びも損なうことはないが、供給材の回転と加圧だけで積層造形を行うと、造形されない無駄なバリが発生したり、積層部内部に空洞や欠陥が発生したりするため、積層部の性能低下が課題となっていた
今回研究開発するAFSDは、摩擦肉盛法の一種となり、供給材の周りにリング状の重りを設けることで供給材のバリや空洞の発生を抑え、高品質かつ高速での加工を可能とする世界初の技術。
新型車の開発では試作のために型を準備して部品を製作するのが一般的だが、AFSD技術を活用することで大幅な開発期間の短縮が期待できる。少量多品種な部品でも、金型を作らずに製造できるため、従来のコスト構造を大きく変える可能性を秘めている。
＜「高輝度X線透過型溶接・接合機構4次元可視化システム」を活用した接合技術開発の高度化＞
自動車の製造工程において、鉄やアルミの溶接や接合は欠かすことのできない重要な工程となっているが、これまで溶接中の金属の内部は直接目で確認することができないため、溶接や接合の原理の理解や、品質や工程の最適化には、多くの経験と試行錯誤が必要となる他、カーボンニュートラルの実現や、クルマの運転性能、安全性の向上のために、車体で使われる材料の性能が日々向上しており、溶接や接合の難易度が飛躍的に向上していることなどが課題となっている。
高輝度X線透過型溶接・接合機構4次元可視化システムは、2組のX線撮像システムを用いて1秒間に1000フレームの高速撮影を行うことで溶接中の材料内部の動きを高速度・高精度で観察できる最先端の画像診断技術。
同システムを活用して様々な接合工法を観察することで、溶接中の材料内部で何が起きているかを直接理解できるようになり、材料の組み合わせ毎に最適な接合条件や、様々な接合方法の利点や使い方の論理的な評価が可能となる。
日産自動車は、大阪大学との連携を通じて、これらの技術を実用化し、自動車の設計・製造工程の効率化と高品質化を実現することに注力。AFSDの高速・高品質な積層技術と、X線可視化システムによる溶接・接合工程の現象観察は、今後の自動車産業において、設計・開発の革新を促すだけでなく、コスト削減や環境負荷の低減、安全性の向上にも寄与し、自動車の構造設計や材料選定の新たな基準を生み出し、次世代の自動車技術の発展を牽引していくことも期待されている。
