史上最も包括的な3Dプリント技術の分析

この投稿は Little Raccoon によって 2017-3-16 00:02 に最後に編集されました。

1 3Dプリント技術の利点<br /> 規模の経済は近代産業経済を支える目に見えない力であり、工場や生産ラインは近代産業社会における大規模生産の特徴です。しかし、このような生産コストは安くはありません。企業は、概念設計を正確に実際の製品に変換し、工場の機械を調整し、組み立てラインを監視するために、高度なスキルを持つ技術者やエンジニアを雇用する必要があります。設計と製造への初期投資を回収するために、会社は初期投資から利益を得られるよう大量の製品を販売する必要があります。したがって、大量生産では製品の多様性が犠牲になります。
3D プリントの特徴は、小ロットとカスタマイズであり、新製品を市場に投入する際のリスクとコストを削減します。人々は組立ラインや工場を必要とせず、熟練したデザイナーやエンジニアを雇う必要もありません。クリス・アンダーソンは、代表作『ロングテール』の中で、将来の製造モデルを「小規模企業の非常に大規模なネットワークの分散システム」と表現しました。具体的な分析を通じて、3D プリント技術には少なくとも次の 10 の利点があると考えています。
（１）無限のデザイン空間<br /> 伝統的な製造技術と職人は限られた形状の製品を生産し、形状を生産する能力は使用されるツールによって制限されます。たとえば、従来の木製旋盤では円形の物体しか製造できず、圧延機ではフライス盤で組み立てられた部品しか加工できず、成形機では成形された形状しか製造できません。 3D プリンターはこれらの制限を打ち破り、巨大な設計空間を開き、従来の方法では処理が困難または不可能な製品を生産することができます。

（２）製品デザインの改善 プロトタイプは製品の最初のドラフトであり、デザイナー、エンジニア、製造業者が複数回繰り返しチェックを実施し、製品の外観と感触を実際に体験するのに役立ちます。従来のプロトタイプはフォームや粘土を使用して手作りされていましたが、3D プリントを使用するとコンセプトモデルを迅速に作成できるため、デザイナーとクライアント間のコミュニケーションが向上します。従来の工業製造では、製品の製造後に設計コンセプトに欠陥があった場合、企業は多額の材料廃棄コストを負担する必要があります。 3D プリント技術を使用してコンセプトモデルを作成すると、初期設計を迅速に調整し、継続的に改善することができます。

概念設計に加えて、3D プリントは機能プロトタイプの作成にも使用されます。これは、3D プリント技術で作成されたオブジェクトが高温や化学腐食に耐性があるためです。プロトタイプに対してさまざまなパフォーマンステストを実行して、最終製品の設計パラメータを改善し、製品設計から製造までの時間を大幅に短縮します。 3D プリントは設計プロセスをスピードアップし、製品の安全性と合理性、人間工学、マーケティング、デザインを継続的に改善し、製品が完全に生産される前に最適化して、より優れた製品を生み出します。

機能テスト用 3D プリントテープディスペンサー
（３）生産の多様化はコストを増加させない<br /> 従来の製造方法では、物体の形状が複雑になるほど、製造コストが高くなります。しかし、3D プリンターの場合、複雑な形状のオブジェクトを作成するコストはそれに応じて増加しません。さらに、従来の製造設備は機能が少なく、限られた形状しか製造できません。 3D プリンターはさまざまな形状を印刷でき、職人のように毎回さまざまな形状のオブジェクトを作成できます。コストを増やすことなく製造の多様性を可能にするこのタイプの印刷は、従来の価格設定モデルを根本的に破壊し、製造コスト全体の構造を変えるでしょう。

3D プリントされたチタンジュエリー (画像提供: FutureFactories.com)
（4）製品は組み立てを必要としない
3D プリントは一体成形という特徴があり、人件費や輸送費を大幅に削減するのに役立ちます。従来の大量生産は、産業チェーンと組立ラインに基づいています。現代の工場では、機械が同一の部品を生産し、それを作業員が組み立てます。製品の部品の数が増えると、サプライチェーンと製品ラインが長くなり、組み立てと輸送にかかる時間とコストも増えます。 3D プリントの統合成形機能により、再組み立ての必要がなくなり、サプライチェーンが短縮され、労働コストと輸送コストが節約されます。

米国GE社が製造した一体型エンジンノズルは、もともと20個の部品で構成されていました。
（５）納期の短縮
3D プリンターは人々のニーズに合わせて印刷できるため、この即時生産により企業の在庫が大幅に削減され、企業はユーザーのニーズに合わせて 3D プリンターを起動し、顧客のニーズに合わせてカスタマイズされた製品を製造できるようになり、新しいビジネスモデルが可能になります。人々が必要とする品物を需要に応じて近くで生産できれば、この在庫ゼロ、納期ゼロの生産方式によって長距離輸送のコストも削減できます。
（６）製造技能の閾値の引き下げ

従来の製造機械では、機械の調整や調整に熟練した専門家が必要であり、熟練した作業員を訓練するには数年かかることもよくあります。 3D プリンターに必要な操作スキルは従来の機器に比べてはるかに少ないため、3D プリントの登場により、生産スキルの敷居は大幅に低くなります。元々の高い敷居を打破したこの非熟練製造業は、さらに多くの新しいビジネスモデルを生み出し、遠隔地や極限状況にいる人々に印刷サービスを提供することになるでしょう。
（７）小さなスペースで持ち運び可能な製造
3D プリンターは自由に移動でき、自身のサイズよりも大きなオブジェクトを作成できます。たとえば、射出成形機はそれ自体よりもはるかに小さい物体しか製造できませんが、一部の 3D プリンターはそれ自体よりもはるかに大きい物体を製造できます。さらに、民生用の消費者向け 3D 印刷装置は自由に移動できます。その高い携帯性により、家庭用またはデスクトップ用の 3D プリンターが数多く登場しています。これらはすべて、3D プリンターが物理的なスペースをあまり必要としないという利点に基づいています。

デスクトップ 3D プリント装置
（８）原材料の節約 従来の金属加工では驚くほどの量の廃棄物が発生し、一部の洗練された生産プロセスでは原材料の 90% が廃棄され無駄になることもあります。 3Dプリンターからの廃棄物の量が大幅に削減されます。印刷材料の進歩により、3Dプリントの「ネットシェイプ」製造は、より経済的で環境に優しい処理方法になります。

レーザーニアネットシェーピング（LENS）技術を使用した航空機エンジンブレードの製造
（９）素材の組み合わせは無限 従来の製造機械では、切断や金型成形の工程で複数の原材料を融合することが困難でしたが、3Dプリントの原材料は任意に組み合わせることができ、人々が望む性能構造を作り出すことができます。例えば、ナイロン-ガラス繊維やナイロン-炭素繊維複合材料ではナイロンの機械的特性を向上させることができ、ニッケル合金粉末に50％のチタン金属を加えることで性能を大幅に向上させることができます。研究者は現在、カーボンナノチューブやグラフェンなどの新しい複合材料の研究開発を行っています。

世界初のナイロンガラス複合材3Dプリント車
（10）正確な物理的複製 従来のテープは、情報が失われないように物理的に転送することしかできませんでした。デジタル音楽ファイルの登場により、情報はキャリアから解放され、音質を低下させることなく無制限にコピーできるようになりました。 3D プリンティング技術は、製造業全体にわたってデジタル精度を物理的な世界にまで拡張する可能性も秘めています。 3Dスキャンと3Dプリントの技術が共同で、物理世界とデジタル世界間の形態変換の解像度を向上させ、物理世界とデジタル世界の間のギャップを縮めます。
3D スキャン後に印刷された肖像画の上記の利点のいくつかはすでに確認されており、そのうちのいくつかは今後 20 ～ 30 年で現実のものとなるかもしれません。 3Dプリンティングは、人々に馴染み深く長い歴史を持つ伝統的な製造技術のボトルネックを何度も突破し、新たなアイデアを生み出しながら新たなものを生み出し、人類の将来の製造革新にさらに広い舞台を提供します。
3D プリントについて詳しく知りたい場合は、 Chuangkejia Technology をフォローしてください。

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