スウェーデンのスクーターメーカー、持続可能性を念頭に置いて板金を曲げる

Stilride の創設者である Jonas Nyvang 氏と Tue Beijer 氏は、同社の電動スクーターの隣に立っています。シャーシ全体は、わずか 6 枚の薄い湾曲したステンレス鋼片で構成されています。画像: スティライド

スウェーデンの新興企業、Stilride 社の電動スクータープロトタイプのステンレススチール製シャーシをよく見ると、ほんの少数の板金コンポーネントで構成された洗練されたデザインがわかります。従来のシャーシ設計には、多数の板金部品、機械加工部品、プラスチック部品が組み込まれています。この記事の執筆時点では、Stilride は 9 つだけを使用しています。

同社はこれを独自の部品成形方法で実現している。コンポーネントは非常に薄いブランクから始まります。同社によると、これら9枚の板金をそのまま配置して形成すると、一般的なスクーターのシャーシよりも何倍も強度が増し、この設計は特定の管状シャーシよりも約50倍強いと付け加えた。

このフォームには、プレスブレーキ、パネルベンダー、または折り機で作成される可能性がある従来の曲げ角度やバンプ形成された半径さえありません。代わりに、それらは凸面と凹面の組み合わせを作成する複雑な曲線で構成されており、おそらく専用の非常に高価なスタンピング金型で作成できたであろう種類の形状です (ただし、複雑な形状にはいくつかの課題があるかもしれません)。ただし、この場合、プレス金型や専用工具は一切ありません。

Stilride の共同創設者兼最高技術責任者である Tu Beijer 氏は、新しい板金成形プロセスのアイデアは、地球上で最も古い設計プロセスの 1 つである折り紙から生まれたと述べました。厚手の紙を特定の方法で折りたたむと、特定の折り目によってデザインがより堅固になることがわかります。「形状に曲線をデザインすると、（部品を作成するための）操作が少なくなります。また、デザインの観点から見ると、曲線形状は強度を生み出します。形状は連動します。」

成形された板金部品は非常に強力で、エレガントで、効率的ですが、大規模に製造できるでしょうか? Beijer 氏によると、Stilride は方法を見つけたとのことです。

「カーブを曲がると、何かが起こり始める」と彼は言う。

Stilride のスクーターのデザインは、まるでメタルアーティストのスタジオから来たかのように見えます。もし本当にそうだとしたら、それは好奇心ではありますが、それ以上ではありません。デザインは強力で洗練されているかもしれませんが、大規模に製造することはできません。

バイジャー氏と彼の友人で会社の共同創設者であるジョナス・ニヴァン氏は異なる計画を持っている。 2022 年の秋、同社は独自の自動化セルの導入を監督しました。このセルでは、鋼板が特殊なグリッパーを備えたロボットに供給され、各鋼板が曲線上で成形されます。ロボットの動きによって最終的なジオメトリが決まります。これは、同社が Stilfold シートメタル成形法と呼ぶものの最新版です。「凹面でも凸面でも、どちらかの面を曲げたり操作したりすると、もう一方の面にも影響を及ぼします」とバイジャー氏は言う。「したがって、曲面で折り畳まれた表面のシステムを、[ほぼ] 梁のようにロックすると、強力な構造が作成されます。」

成形はロボットセルで行われます（特許出願中のため、同社はシステムの詳細をさらに公開できませんでした）。複雑さはソフトウェアで生じます。つまり、レーザー切断に必要なブランクサイズを作成するために成形された形状を展開することと、再現可能な方法で湾曲した形状を作成するための動き方をロボットに正確に指示するプログラミングです。

同社は電子メールで送った声明の中で、このプロセスを次のように説明した: 「まず、設計者は Stilfold ソフトウェアを使用して、金属シートから目的の構造を折りたたんだり展開したりするシミュレーションを行います。これにより、折りたたみガイドラインを作成し、折りたたみを実行するロボットアームをプログラムすることができます。」折り曲げプロセスでは、スチールシートが 1 枚ずつロボットセルに送られます。特殊な取り付け具を備えたロボットアームが各ピースを曲線に沿って折り曲げ、目的の構造を作成します。」

Stilfold プロセスは、アセンブリに必要な部品の数を制限する方法でシートメタルを湾曲させ、同時に強度を高めます。

「Stilride は Stilfold プロセスを開発しました。私たちは主に、生産と鉄鋼製造に関する当社の中核能力を支援してきました。」

それは、スウェーデンのティレソにあるカスタム製造会社ブラントハイムの CEO、ミカエル・ノーレン氏で、彼はスウェーデン鉄鋼協会とスウェーデンイノベーション庁が資金提供する研究プロジェクトに参加しながら、スティライドとの協業を始めた。この製造業者は、ロボットレーザー溶接を含む板金の切断、曲げ、溶接技術を完全に備えています。

「Stilride は、いくつかのサイズのシートで [その曲線形成] メソッドをテストしました。そして、[厚さ] 0.5 ～ 3 mm の金属プレートでそれを試しました」と Norlén 氏は電子メールで述べました。「[このプロセスにより] 複雑な形状や形状が可能になります…そして、Stilride と協力して、材料の厚さ、グレード、降伏強度の面でその限界を探求しています。」

Beijer氏は、溶接は折り畳んだ後に起こることもあるが、折り畳む前に起こることもある、と付け加えた。「一部の部品は平らな状態で溶接され、最終的な形状に折り畳まれます。」

このプロセスは過去 2 年間で大きく進歩しました。創設者らは段ボール紙を使って折り紙スタイルを始めました。これは今でも同社のデザインプロセスの基礎となっています。現在でも、設計ソフトウェアは紙のプロトタイプを強化していますが、それを置き換えるものではありません。

「これらのプロトタイプは、はるかに高価な板金で（設計を）テストする前に、曲線折りのプロセスを安価かつ効果的に計画するのに役立ちます。」とバイジャー氏は述べています。

スクーターのシャーシのプロトタイピングが板金に移行すると、設計者は、ミシン目入りの折り線を備えたレーザーカットのブランクを使用し、手で曲げました。複数の方向に曲がった線を連続させることで、最終的な曲線構造をエミュレートすることを目的としていました。これも折り紙によく似ています。

次に、Stilfold プロセス自体の作業が始まりました。ベイジャー氏によると、ロボットのセットアップはユニークですが、いくぶんシンプルでもあります。曲線成形の中核は、スプリングバックなどのプロセスの変動を考慮して、折り曲げたり展開したり (板金が曲げ線上で折り畳まれているわけではないため、曲げたり曲げたり) するソフトウェアにあります。同社はまた、金属が予想通りに形成されていることを確認するための工程内モニタリングを提供する特定の技術も検討している。同時に、最新のシャーシ設計では、タブとスロットおよび同様の自己固定技術が使用されています。

曲線形成は金属を複数の方向に「曲げる」ため、合わせエッジも同様に曲線になります。それでも、自己固定設計により、溶接時にしっかりと固定することができます。実際、最新のスクーターにはレーザー溶接されたジョイントが採用されています。同時に、シャーシを繰り返すたびに、全体的な溶接接合部と組み立てステップの数が減少しました。最初のプロトタイプには 15 を超える板金部品がありました。今日は6人まで減っている。

創設者たちは、いくつかの目標を念頭に置いて 2020 年初頭に Stilride を立ち上げましたが、それらはすべて環境の持続可能性に関連しています。まず、斬新でシンプル、軽量なデザインの電動スクーターを設計、製造したいと考えていました。 12月下旬のZoom通話中に、バイジャー氏は近くのテーブルからステンレス製のスクーターのシャーシを持ち上げた。

Stilride は、段ボール紙、折り紙スタイルのモックアップに依存しています。デザインソフトウェアは、折り紙スタイルのプロトタイピングを補完および強化しますが、それに代わるものではありません。

「これはステンレス鋼なので、最軽量の素材ではありません。しかし、それでもわずか 8.9 キロ（20 ポンド未満）です。」と彼は言いました。同氏は、従来のスクーターのシャーシは120ポンドになる可能性があると付け加えた。板金、ゴム、プラスチックなど、十数種類の素材を使用します。確かに、部品ごとに見ると、プラスチックは板金よりも安価であり、おそらく一部の製品の重量削減に役立つ可能性があります。しかし、価格はどれくらいでしょうか? さまざまな部品や材料を使用する製品はどれも、より長く、通常はより複雑なサプライチェーンを必要とし、環境に悪影響を及ぼす可能性があり、パンデミックが証明したように、ビジネスにとっては非常にコストがかかります。

スティライドは異なるアプローチを採用しました。設計者は、各部品のコストを削減するのではなく、使用する部品の数を減らすことを目指します。理想的には近くのサプライヤーからこれらの部品を容易に製造できるほど、サプライチェーンの回復力と環境的に持続可能なものになります。

これは、創業者の 2 番目の目標、つまり分散型の分散製造モデルを使用してスケールアップできるプロセスを作成することに当てはまります。

「小規模店舗が経済を本当に支えている」とバイジャー氏は語った。

特にパンデミック以降、特定の部品が特定のサプライヤーからしか入手できないなど、不確実性を考慮してサプライチェーン全体で在庫バッファーを構築しています。 Stilride でさえ、特にスクーターのシャーシ内のコンポーネントにおいて、サプライチェーンの混乱を免れているわけではありません。しかし、板金の場合はそうではありません。もちろん、材料の価格はさまざまですが、材料は地球の裏側の工場や工場からではなく、地元の工場や販売業者から入手できます。

分散型製造モデルは「二酸化炭素排出量の削減に最も貢献するものの 1 つとなり得る」とバイジャー氏は述べた。「巨大工場を建設してすべてを中国で生産する代わりに、私たちはすでに存在する小規模な工場に力を与えたいと考えています。彼らに[Stilfold]コードを送信するだけで、最終顧客に近いところで生産できるようになります。」

同氏は、このモデルの下では、適切な技術を備えたさまざまなカスタムファブショップがStilfoldプロセスを実行する認定を受けることになると付け加えた。この協定によりサプライチェーンが簡素化され、関税やその他の貿易障壁も回避できる可能性がある。製品とプロセスの設計はスウェーデンで行われますが、製造は消費国で行われます。

この記事の執筆時点で、同社の電動スクーターはEUの規制当局の承認を待っており、創業者らは今年中に製品の出荷を開始したいと考えている。同時に、他の自動車メーカーもスティルフォールドのプロセスに興味を示しており、その中には電気自動車メーカーのポールスターも含まれており、スティライドと提携してカーボン・オフセットを行わずに2030年までにクライメート・ニュートラルな自動車を生産している。 Stilride のプレスリリースによると、Stilride は板金成形の専門知識を Polestar のホワイトボディのデザインに組み込む予定です。

ポールスター社のトーマス・インゲンラート最高経営責任者（CEO）は声明の中で次のように付け加えた。「業界として排気管の排出ガスだけでなく、生産関連の排出ガスにも別れを告げることができたとき、電気自動車の真の可能性は発揮されるだろう。」

環境への影響に加えて、曲線の折り曲げは、製造業者がすでに行っているものよりもさらに多くの価値を追加するのに役立つ可能性があります。さまざまな材質の多数の部品を含むアセンブリを考えてみましょう。コストのほとんどは、製造工場でのコンポーネントの切断、曲げ、溶接、組み立てによる付加価値ではなく、材料自体にある可能性があります。

製品設計が進化すると、板金の形成 (または湾曲) 方法のおかげで、より少ない部品で多くの役割を果たせるようになります。この時点で方程式が変わります。材料はより高価になる可能性がありますが、使用される量が減るため、コストも下がります。同時に、バリューファブリケーターが提供する金額は飛躍的に高くなります。 Stilride の創設者たちは大きな夢を持っており、その夢が現実になれば、より少ないことがより大きな意味を持つことになります。