3Dプリンティングが伝統を覆す。製造企業はどのように冷静に対応できるのか？

出典: New Materials Online

第四次産業革命が到来し、前例のない変化と機会をもたらしていると考える人もいます。この革命の原動力となるデジタル技術は、ますます高速化、経済化が進み、より多くの人々に目に見える利益をもたらしています。人工知能（AI）、機械学習、ジェネレーティブデザイン、ビッグデータなどの新興技術がさまざまな産業の発展を加速させる中、3Dプリント技術も伝統的な製造業を段階的に覆しつつあります。

デジタル変革の広範囲にわたる影響は計り知れないことは理解できます。しかし、インダストリアル 4.0 の時代には、新しいテクノロジーだけでなく、新しいスキル、新しい考え方や働き方も必要になります。多くの企業にとって、この変革は新たな投資の注入、組織変更の実施、従業員のスキルの向上を意味するため、重要です。この変更は、顧客関係を強化し、新規ビジネスを引き付けるために必要です。企業は前向きな変化を起こし、インダストリー 4.0 を取り入れなければなりません。

王立波の絵は新たな可能性を解き放ち、思考の転換を必要とする。<br /> 3D プリントを例に挙げてみましょう。3D プリント技術は積層造形技術とも呼ばれ、射出成形金型を作成する必要なく、材料層を連続的に積み重ねて結合することで、完全な機能部品をゼロから構築できます。この変化が製造プロセスや製品形態に与える影響は甚大です。 3D プリンティングは、設計サイクルの短縮や総生産コストの削減だけでなく、生産から納品までの時間も短縮し、全体的な効率の向上をもたらしました。

影響はそれだけではありません。3D プリント技術は、設計者や製造者の仕事のやり方も変えました。彼らが使用する技術や必要なトレーニングは、以前とはまったく異なります。まず第一に、3D プリント技術はデザイナーやエンジニアに新たな扉を開き、創造的なインスピレーションを存分に発揮し、これまでの制約や制限から解放される十分な自由を与えたと言えます。

射出成形ツールが不要になったため、大量生産の設計の場合でも、設計者はドラフト角度や継ぎ目を気にする必要がなくなりました。つまり、伝統的な製造業の束縛から抜け出す必要があるのです。インダストリアル 4.0 の時代には、まったく新しい考え方、設計アイデア、スキルが必要です。積層造形により、設計者はより複雑で前例のない新しい部品を作成できるようになるため、従来の設計思考に固執していると、徐々に遅れをとることになるからです。

第二に、従来の製造業の線形ワークフローとは異なり、3D プリンティングでは、設計者とエンジニアがプロセスのあらゆる段階でより緊密に連携する必要があります。従来の製造プロセスでは、設計者とエンジニアのやり取りは非常に限られており、設計者が製品設計を完了した後、エンジニアがプロトタイプの構築とテストを実施し、その後、射出成形金型を構築して量産を行います。しかし、これはまた、材料の性能、構造の完全性、設計の耐久性などの機能上の考慮事項が開発サイクルの後半にのみ現れることも意味します。

3D プリントエコシステムは、より統合されたインタラクティブなプロセスの構築を促進します。設計者は、設計サイクルの最初からコンポーネントがどのように製造されるかを考慮する必要があります。最新の CAD 技術 (コンピュータ支援設計技術) では、デザインの視覚的な構築時に考慮すべき機能的要素をすでにサポートできるため、エンジニアも設計の初期段階から関与する必要があります。

新しいデジタル技術は新たな機会をもたらす

3D プリントは、設計者や製造業者に新しい技術を学んで適用する機会ももたらします。ジェネレーティブデザインと機械学習という 2 つの革新的なテクノロジーが、この機会の鍵となります。デジタル製造の普及に伴い、CAD 技術も絶えず発展し、更新されています。今日の CAD ソフトウェアはすでに仮想現実 (VR) や拡張現実 (AR) 技術と組み合わせて使用できるため、設計者はコンピューターで生成された画像を実際のシーンに重ねることができます。さらに、CAD ソフトウェアの操作はよりシンプルでわかりやすくなり、専門のプログラマー以外向けに特別に設計されたものもあります。こうした傾向は製造業の民主化を促進し、デザイン的創造性を持つすべての人にメーカーになる機会を与えています。

自動化されたジェネレーティブデザインソフトウェアを使用すると、設計者はコンポーネント設計を迅速に確認し、選択した材料、製造方法、コスト制約などのデータパラメータに基づいて複数の設計の組み合わせを生成できます。エンジニアリング設計のリーダーであるオートデスクは、ジェネレーティブデザインの原則を適用することで、AI システムが単一の設計から複数の高性能な製品オプションを自動的に生成できると提案しています。これは、AI システムによって生成された数百または数千以上のデザインの中から、重要な基準に最も合うデザインを推論して選択できるため、デザイナーにとって有益です。さらに、オリジナルの 3D 設計ファイルを 3D プリンターに直接接続して正確な材料使用量を計算し、無駄を省いてプロトタイプを素早く構築することもできます。

企業はどうすれば従業員がより冷静に変化に対処できるよう支援できるでしょうか?

数多くの新しいツールやテクノロジーの選択肢がある中で、適切な作業環境と従業員サポートシステムを構築することは、企業がデジタル製造変革へと進むための重要なステップです。 1つ目は、エンジニアが新しい技術に触れ、積極的に試してみることを奨励することです。これらのエンジニアは従来の射出成形ワークフローに慣れているため、新しいスキルを習得するのは難しいと感じるかもしれません。しかし、新しいツールを試し、新しいスキルを学ぶ過程で、彼らはまったく新しいデザイン力を体験することになります。新しい能力を探求し、自分の限界を発見することは、新しい考え方を刺激するのに役立ちます。

エンジニアが 3D プリント技術に慣れるためには、継続的なトレーニングが不可欠です。 HP では、Indigo プリンターエンジニアの 30% が積層造形設計 (DFAM) のトレーニングを受けています。 MITから南洋理工大学まで、世界有数の大学のいくつかも、中堅エンジニアに3Dプリントの基礎、応用、ビジネス上の重要性を紹介するオンラインコースや短期の教室トレーニングを開始しています。

HP は、デジタル変革を進めている顧客に対しても多くの支援を提供しています。お客様のニーズと現在の製造方法をより深く理解するために、当社は生産ラインから始め、生産ライン上のさまざまなコンポーネントを検討し、各コンポーネントの用途と標準を理解します。これにより、3D プリント技術を使用してより最適かつ迅速に製造できる部品を特定し、コストや既存の製造サイクルへの影響を最小限に抑えることができます。このように、当社は企業と協力して、製造プロセスのどの部分を 3D プリント技術で置き換えることができるかを特定するお手伝いをしています。

次世代のデジタル製造業への準備<br /> エンジニアリングとデザインがますます切り離せないものになるにつれ、ハイブリッド高等教育プログラムも次世代のエンジニアの間でますます人気が高まるでしょう。インペリアル・カレッジ・ロンドンやペンシルベニア州立大学などの大学では、それぞれ総合的なデザイン工学の修士号と付加製造およびデザイン工学の修士号の提供を開始しています。 HPが昨年10月に立ち上げたHP-NTUエンタープライズラボは、データ管理、セキュリティ、ユーザーエクスペリエンス、ビジネスモデルなどの分野を網羅する積層造形設計に関する教育コースの開発にも重点を置く予定だ。

これらのコースでは、デザイン思考、エンジニアリングの知識、実践を組み合わせて、卒業生にデジタル製造を進歩させるために必要なスキルを提供します。わずか数年のうちに、彼らはデジタル製造業の加速と標準化を推進する主力となるでしょう。

業界は急速に変化しており、メーカーが適切なツールとテクノロジーを導入し、従業員がビジネス上の課題に対する創造的な解決策を模索するよう促すことができれば、無数の新たなビジネスチャンスが生まれるでしょう。

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