3Dプリントを製造設備に統合する前に考慮すべき要素

出典: 3Dプリンティングビジネス情報

付加製造、つまり 3D プリンティングはまだ比較的新しい技術と考えられていますが、近年、製造業界全体でのその多様な応用が劇的に増加しています。 3D プリンターは、プラスチック、セラミック、チタン、スチール、合金など、さまざまな材料を使用して複雑なオブジェクトを作成できます。このプロセスの汎用性により、宝飾品から複雑な機械部品に至るまで、さまざまなオブジェクトの印刷に広く使用されています。 3D プリント技術のより高度な応用には、タンパク質、食品、さらには人間の臓器の作成が含まれます。

3D プリントは製造業でどのように使用されていますか?
3D プリントの登場により、生産、工場メンテナンス、研究開発において幅広い可能性が開かれました。多くの製造業者が 3D プリントを業務に導入し始めています。一般的な用途は次のとおりです。

1. プロトタイプの製作<br /> 従来の試作方法では特殊な金型やツールを使用するため、時間がかかり、コストもかかります。 1980 年代に 3D プリント技術が導入されると、企業はすぐに、最終製品をテストするための完全に機能するリアルなモデルを作成できることに気付きました。

Sculpteo が実施した「3D プリントの現状」という調査によると、2018 年には 3D プリントの約 55% がプロトタイピングに使用されました。

2概念実証<br /> 概念実証では、ラピッドプロトタイピングまたは積層造形技術を使用して、最終的なツールを使用して大量生産する前に、少量から中程度の量の実用的な製品を製造します。 3D プリントを一時的な製造方法として使用することで、企業は設計をより早く市場に投入し、消費者のニーズに合わせてコンポーネントを迅速に変更できます。概念実証は、変更ごとにツールを変更することなく製品のアップグレードを支援するためにも使用できます。

3. デザイン<br /> 一部のアプリケーションでは、包括的な設計のために従来の CNC 加工とツールが 3D プリンターに置き換えられています。さらに、3D プリント製造により、従来の機械加工技術では実現不可能だった複雑な部品やアセンブリを作成することも可能になります。

これにより、製造プロセスの設計段階で多くの機会が生まれ、より革新的で効率的なコンポーネントが生まれます。ただし、設計者、エンジニア、製造業者は、3D プリントプロセスには限界があることも認識する必要があります。

3D プリントを製造プロセスに統合する利点は何ですか?
新しい製造技術の導入は通常、コストによって決まります。2014 年、フォルクスワーゲンポルトガルのヨーロッパにある Autoeuropa 工場では、組立ライン用のカスタムツールと固定具を製造するために 3D プリントを業務に統合しました。同社は2016年までに、統合の結果、たった1つの工場で年間16万ドルの節約ができたと発表した。フォルクスワーゲンは、3Dプリントを継続的に使用することで年間最大25万ドルを節約できると見積もっています。

フォルクスワーゲンは 3D プリントを日常業務に効果的に統合する方法を見つけましたが、従来の製造方法と比較したこの技術のコストはいくつかの要因に依存します。多くの場合、フォルクスワーゲンの場合のように、3D プリンターを使用して治具、ツール、固定具を製造する方が効率的かつ経済的です。

ただし、類似したカスタマイズ不可能な製品を大量生産する場合は、従来の金型やツールの方が適している場合があります。従来の製造技術では、通常、金型、ツール、固定具などの調達と製造に多額の初期費用がかかります。ただし、これらの費用が発生すると、従来の製造技術 (射出成形など) の単価とリードタイムは 3D プリントよりも大幅に低くなります。

たとえば、レゴブロックは射出成形によって ABS プラスチックを使用して製造されます。同社によれば、年間約190億個のレゴブロックを生産しており、これは1時間あたり216万個、1分あたり3万6,000個に相当する。この生産速度は、現在の最先端の 3D プリンターの能力をはるかに超えています。

3D プリントは、レゴのような大量生産が必要な企業には実現不可能ですが、生産率が比較的低い企業にとってはこの技術が大きなメリットをもたらす可能性があります。

少量生産向けのアプリケーションには次のようなものがあります。
1. 社内ツールおよび機器の製造: 治具、フレーム、固定具などは、3D プリンターを使用して経済的に製造できるアイテムの一部です。
2. 製品のテスト: 製品を限られた数量だけ経済的かつ効果的に生産し、特徴、機能、または性能をテストできます。
3. オンデマンドまたはカスタマイズされた製品: 必要な製品の数量が少ない場合は、物理的な倉庫ではなくデジタルファイルとして保管できるため、在庫コストが削減または排除されます。
4. スタートアップ: 投資家やクラウドファンディングの対象者向けに、限られた数の概念実証を作成することもできます。

3D プリント技術を製造装置に統合する前に考慮すべきことは何ですか?
3D プリンターを製造業務に統合することを決定したら、次に検討すべきことは、どのタイプのプリンターがニーズに最も適しているかということです。 3D プリンターにはいくつかの種類がありますが、最も一般的なのは熱溶解積層法 (FDM) とステレオリソグラフィー (SLA) プリンターです。FDM は、材料を溶かして層状に堆積させ、デジタル画像の物理的な 3D モデルを作成するプロセスです。プラスチックフィラメントは加熱された押し出し機に供給され、溶融プラスチックはプリントヘッドによって印刷層に正確に配置されます。

FDM プリンターは他の 3D プリンターよりも解像度が低いため、要求される表面精度がそれほど高くない場合に最適なテクノロジーです。 FDM では、比較的低コストで迅速なプロトタイプを作成することもできます。 SLA プリンターは、感光性液体ポリマー (または樹脂) の容器を UV レーザービームにさらすことで動作します。レーザーをさまざまな領域に集中させることで、ポリマーを目的の形状に硬化させます。

SLA 印刷では、FDM プリンターよりも高解像度 (滑らかな表面) のオブジェクトを作成できます。したがって、精度と許容範囲が重要となるアプリケーションに適しています。ただし、SLA 印刷で作成されたオブジェクトは、FDM 方式で作成されたオブジェクトよりも強度が低くなります。さらに、SLA プリンターは FDM プリンターよりも高価です。

3D プリンターを購入するときは、サプライヤーの評判、競合店間の価格、返品ポリシー、プリンターの選択肢の範囲などを評価する必要があります。

さまざまな業界で 3D プリント部品の市場シェアと採用が拡大していることからもわかるように、3D プリントの将来は製造業界にとって有望であると思われます。ただし、製造業者は、この技術を業務に統合する前に、生産量、製造コスト、設備コストなどの要素を考慮する必要があります。

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