実用的な情報 | 現代のグリーン製造と 3D プリント製造の簡単な紹介

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-9-5 16:26 に最後に編集されました。

現代の製造技術では、AMTに十分な注意を払う必要があります。エネルギーと環境の危機が発生したとき、中国人はグリーン製造にもっと注意を払う必要があります。3Dプリント製造について、Antarctic Bearは、それが軍事、経済、産業などの分野を含む将来の製造の最高峰であり、中国の夢を実現するための超時代の技術であると信じています。現在、Antarctic Bearは、主に皆様の注目を集めるために、現代のグリーン製造と3Dプリント製造について簡単に紹介しました。

1. 現代の先進製造業とグリーン製造業

現代製造技術とは、製造業が機械工学技術、電子情報技術（マイクロエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、コンピュータソフトウェアとハードウェア、現代通信技術を含む）、自動化技術、生産設備、材料、エネルギー、現代管理の成果を継続的に吸収し、製造プロセス全体における製品の設計、製造、テスト、管理、アフターサービス、廃棄製品のリサイクルに全面的に応用することを指します。高品質、高効率、低消費、クリーンで柔軟な生産を実現し、動的で変化する市場への適応性と競争力を高め、理想的な技術的および経済的成果を達成する製造技術の総称です。

1 先進製造技術（AMT）

Advanced Manufacturing Technology (AMT) は AMT と略されます。 1993 年、米国政府は連邦科学工学技術調整評議会 (FCCSET) が実施した先進製造技術 (AMT) プログラムを承認しました。 AMT は、米国が製造業の競争力を高め、国家経済の成長を促進するために、製造業が直面している課題と機会に基づいて初めて提案した概念です。その後、欧州諸国、日本、韓国などアジアの新興工業国も対応した。

AMT は、マイクロエレクトロニクス技術、自動化技術、情報技術など、従来の製造技術にさまざまな変化をもたらした新しいシステムを要約するためによく使用されます。具体的には、AMT とは、機械工学技術、電子技術、自動化技術、情報技術など複数の技術を統合した技術、装置、システムの総称を指します。主にコンピュータ支援設計、コンピュータ支援製造、統合製造システムなどが含まれます。 AMTは製造企業が競争優位を獲得するための必要条件の一つですが、十分条件ではありません。その優位性は、技術の力を十分に発揮できる組織管理と、技術、管理、人材の有機的な連携と統合にも依存します。 AMT の主なテクノロジーには、次の 2 つの基本的な部分が含まれます。

製造業向け設計技術クラスター

製造向け設計技術クラスターとは、生産準備（製造準備）に用いられるツールクラスターと技術クラスターを指します。現代の設計技術とは、電子技術の理論的知識とプロセスの実践に依存し、現代の設計技術と方法に基づいて、電子設計自動化技術を手段として、電子製品の品質、性能、寿命、コスト、価格の総合的な利益を最適化することを目標として、人類社会のさまざまな分野の電子製品とシステムのニーズを適切かつ迅速に満たす設計に使用されるさまざまな技術の総体を指します。ここで特に言及すべきは、製造性を考慮した設計、製造性を考慮した設計（DESIGN FORMANUFACTURAB

ILITY は、さまざまな関係者からコンカレントエンジニアリング、同時エンジニアリング、生産性や組み立てのための設計とも呼ばれており、R&D エンジニアが独自のプロトタイプを作成し、最前線の生産作業員の介入なしにそれを生産部門の組み立てラインに送る従来の製造方法に比べて大きな利点があります。一方、製造可能性チームのメンバーには、設計者、製造エンジニア、マーケティング担当者、財務マネージャー、研究開発担当者、原材料サプライヤー、その他のプロジェクト関係者 (顧客を含む) が含まれます。あらゆる側面の人々が関与するため、計画の完了が早まり、従来の生産方法で発生する遅延を回避することもできます。 DFM は主に、製品自体の物理的特性と製造システムの各部との関係を研究し、製品設計において製造システム全体を統合して全体の最適化を図り、より標準化することで、コストの削減、生産時間の短縮、製品の製造性と作業効率の向上を実現します。その核心は、製品機能に影響を与えることなく、製品の初期計画から製品の生産までの設計プロセス全体に参加し、標準化と簡素化を図り、生産と使用に適した設計にすることです。製品全体の製造コスト（特に部品と加工技術）を削減します。プロセスフローを簡素化し、合格率の高いプロセスと標準コンポーネントを選択し、金型とツールの複雑さとコストを削減します。

製造プロセス技術グループ

製造技術グループとは、物質的な製品（物理的な実体製品）を生産するために使用されるプロセスと設備を指します。例えば、成形、鋳造、打ち抜き、研削など。ハイテクの継続的な浸透により、従来の製造プロセスと設備は質的な変化を遂げています。製造プロセス技術グループは、加工・組立技術に関係し、製造技術や生産技術の伝統的な分野でもあります。

伝統的な製造技術は、一般的に加工と製造のプロセス方法のみを指し、実際には製造プロセス全体の一部にすぎません。一方、現代の電子製造技術は、市場予測、製品設計、物流、生産管理、製造と組み立て、品質保証、マーケティング、アフターサービス、廃棄とリサイクルと再利用に至るまでの全プロセスを実行し、製造プロセス全体を市場、製品、製造、環境保護を統合した大規模なシステムにしています。製品を導入したりプロジェクトを実施したりする際には、エンジニアリング技術は考慮すべきシステムの一部にすぎず、費用対効果、社会的利益、環境への影響、生態学的バランスなどはすべて、総合的に考慮し調整する必要がある重要な内容です。これを踏まえ、電子製造業に従事する工学技術者、特に上級設計管理者は、広い視野、体系的な思考、協調的な管理能力を備え、製造システムの運用を最適化し、組織管理モデルを科学化し、製造プロセスをグリーン化し、経済利益と社会利益を調整・統一する必要があります。

伝統的な製造技術の専門分野と分野は単一で明確に定義されていますが、先進的な電子製造技術の専門分野と分野は絶えず浸透し、交差し、融合しており、一部の境界は徐々に薄れ、消滅しつつあります。これにより、現代の電子製造技術は体系的かつ統合的な傾向にあり、機械、光学、電気を基礎とし、情報と材料の分野に支えられ、生物学、経営学、芸術、人文科学を統合した、新興の学際的な現代ハイテクへと発展しました。たとえば、多分野シミュレーション技術を使用することで、レーダーアンテナと導波管の構成がマイクロ波信号に与える影響を計算してシミュレーションすることができます。最適化技術を使用することで、マイクロ波信号が要件を満たすことを保証しながら最適なアンテナと導波管の構成を得ることができます。ラピッドプロトタイピング技術を使用することで、設計アイデアを特定の構造と機能を持つプロトタイプまたは実際の部品に自動的かつ迅速に具体化することができ、市場の需要に応じて製品設計を迅速に評価、テスト、改善することができます。実際、多くの優秀で競争力のある電子製品の実現プロセスは、現代の機械工学、CAD、数値制御、レーザー、材料技術の分野横断的かつ最適化された統合の結果です。今のところ、これほど幅広い知識を網羅した学問分野を設置できる学校は基本的になく、これほど多くの専門能力をフルに備えた人も稀です。現代の電子製造業では、基礎知識の統合と柔軟な応用に加え、チームワークや協調・協力も重視しています。

2 グリーン製造

「グリーン製造」とは、製品の機能性、品質、コストを確保しながら、環境への影響と資源効率を総合的に考慮した現代的な製造モデルを指します。製品が設計、製造、輸送、使用から廃棄に至るまでのライフサイクル全体を通じて環境汚染を発生しないか、環境汚染を最小限に抑え、環境保護要件に準拠し、生態環境に害を及ぼさないか、ほとんど及ぼさず、資源利用を最大化し、エネルギー消費を最小限に抑えることを保証します。電子製造産業の発展が加速するにつれて、規模が大きくなり、廃棄される電子製品の数が増え、環境への影響がますます大きくなり、電子製造プロセスにおけるグリーン化を重視することがますます緊急になっています。 EU RoHSを皮切りに、WEEE、EuP、REACHなどの法律が次々と導入され、世界中でグリーン製造の波が巻き起こりました。

グリーンデザイン

従来の製品設計では、通常、機能、品質、寿命、コストなどの製品の基本的な属性に重点が置かれ、環境属性が考慮されることはほとんどありません。このように生産された製品は、耐用年数終了後のリサイクル率が低く、資源の浪費や有毒物質による生態環境の深刻な汚染を引き起こし、「ゆりかごから墓場まで」のプロセスを形成します。グリーンデザインの基本的な考え方は、設計段階で環境要因と汚染防止対策を製品設計に組み込み、環境性能を製品の設計目標と出発点とし、製品が環境に与える影響を最小限に抑えるよう努めることです。この観点から、グリーンデザインは、持続可能な開発の観点から製品のライフサイクル全体を検討し、製品開発段階でライフサイクル全体の観点から体系的な分析と評価を重視し、環境への潜在的な悪影響を排除し、「ゆりかごから再生」プロセスの形成に努めます。グリーン設計は、主にライフサイクル設計、並列設計、モジュール設計などのいくつかの方法を通じて実現できます。

環境に優しい材料の選択

グリーン製品では、まず製品を構成する材料がグリーン特性を備えていること、つまり製品のライフサイクル全体を通じて、エネルギー消費を削減し、環境負荷を最小限に抑えることにつながる材料であることが求められます。具体的には、グリーン設計を行う際には、以下の観点から材料選定を考慮する必要があります。（１）使用する材料の種類を減らす。使用する材料の種類を少なくすることで、製品構造が簡素化され、部品の生産・管理や材料の識別・分類が容易になるだけでなく、同じ製品量で特定の種類のリサイクル材料をより多く得ることができます。（２）リサイクル可能または再生可能な材料を選択する。リサイクル可能な材料を使用すると、資源の消費を削減できるだけでなく、原材料も削減できます。精製および加工プロセス中の環境汚染。 BMWが製造するZ1車は車体全体がプラスチックでできており、20分で金属製のシャーシから取り外すことができます。ドア、バンパー、フロント、リア、サイドパネルは、GM が製造したリサイクル可能な熱可塑性プラスチックで作られています。（３）自然に分解できる材料を選択する。福州プラスチック科学技術研究所と福建省試験技術研究所は、制御可能な軽量プラスチック複合添加剤を使用して製造された新しいタイプのプラスチックフィルムの開発に成功しました。このフィルムは使用後一定期間内に分解され、土壌中で溶解し微生物に食べられることで環境を浄化します。（４）無毒な材料を選択する。自動車産業や電子機器産業では、鉛とスズを含むはんだが最も一般的に使用されています。しかし、鉛は非常に有毒であるため、近年、塗料、ガソリン、その他多くの製品でその使用が制限または禁止されています。

クリーン生産

実際のクリーン生産技術と比較すると、ここで言うクリーン生産は生産および処理プロセスのみを指します。このリンクでは、グリーン製造に貢献したい場合は、グリーン製造プロセス技術、グリーン製造プロセス機器、設備から始める必要があります。実質的な機械加工では、鋳造、鍛造、スタンピング、溶接、熱処理、表面保護などのプロセスでグリーン製造プロセスを実施できます。具体的には、プロセスを改善して製品の合格率を高める、合理的な技術を採用して製品の処理フローを簡素化し、処理ステップを減らし、生産プロセスにおける無駄を最小限に抑え、安全でない要因を回避する、切削液の使用を減らすなど、製品生産プロセスにおける汚染物質の排出を減らすといった側面から始めることができます。現在、この目標は主にドライカット技術によって達成されています。

グリーン包装および加工技術

グリーンパッケージとは、環境や人体を汚染せず、リサイクル、再利用、再生可能な包装材料や製品を使用したパッケージを指します。まず第一に、過剰な包装を避けるために製品の包装をできる限り簡素化する必要があり、包装は複数回再利用するか、二次汚染を引き起こすことなく簡単にリサイクルできるものでなければなりません。例えば、モトローラの標準梱包箱プロジェクトでは、梱包箱のサイズを縮小し、梱包箱の利用率を向上させ、バージン木材パルプの代わりに再生パルプ製の内装材を使用することで、経済的利益を向上させるというアプローチを採用しています。従来の概念では、製品のライフサイクルが終了すると、その製品には使用価値がなくなります。グリーン製造においては、グリーン加工技術により廃棄製品の有用部品を合理的に活用できれば、資源を節約できるだけでなく、環境を効果的に保護することができます。これは、いくつかの文献で言及されているグリーン製品のリサイクル性と分解設計の問題でもあります。このように、製造プロセス全体が閉ループシステムを形成し、環境への害を最も効果的に削減できます。これは、従来の製造プロセスのオープンループ特性との最も異なる点でもあります。

グリーン製造のグローバル化

グリーン製造業の世界的な特徴は、次のような多くの側面に反映されています。(1) 製造業が環境に与える影響は多くの場合、空間を越え、人類は私たち全員が共有する唯一の地球を守るために団結する必要があります。（２）ISO14000シリーズの規格が相次いで導入され、グリーン製造業の世界的な研究と応用のための良好な基盤が築かれたが、一部の規格はまださらに改善する必要があり、多くの規格はまだ研究され策定されていない。（３）近年のグローバル市場の形成に伴い、グリーン製品の市場競争もグローバル化が進む。（4）近年、多くの国が輸入品にグリーン認証と「グリーンラベル」の表示を義務付けている。特に、一部の国では、自国の環境保護を名目に、極めて厳しい製品環境指標を設定し、海外製品の国内市場への参入を制限する、いわゆる「グリーン貿易障壁」を設けている。グリーン製造は、中国企業に製品のグリーン性を向上させる技術的手段を提供し、それによって中国企業が国際貿易障壁を排除し、国際市場に参入するための強力なサポートを提供します。これは、別の観点から見たグローバリゼーションの特徴も示しています。グリーン製造の研究と実施には、グリーン製造に必要な社会的支援システムを確立するための社会全体の共同の努力と参加が必要です。グリーン製造業に関わる法律や行政規制、策定すべき経済政策、あるいはグリーン製造業のために確立すべき企業、製品、ユーザー間の新たな統合関係など、これらはすべて非常に複雑な問題であり、関連する多数の技術的問題を含んでおり、グリーン製造業に必要な社会的支援システムを形成するために深く研究する必要があります。これらは、グリーン製造に関する将来の研究においても重要な要素となります。

要約すると、AMT イノベーションは、次世代のインテリジェント製造ユニットと設備、新しい製品、プロセス、設備、企業の迅速かつ効率的な設計に適した統合設計ツール、企業が高度な製造技術を広く理解して適用できるようにするインフラストラクチャの構築に重点を置く必要があります。

グリーン製造においては鉛フリーが第一ですが、今のところ理想的な解決策は見つかっておらず、「ハロゲンフリー」が新たな波を起こしています。緑化は人類文明の進歩の象徴であり、人類の科学的発展の必然的な目的地です。

2. 高度な3Dプリント製造技術

3D プリント製造は製造モードにおける「革命」です。 3Dプリンティングは新たな加工技術として、第二次産業革命が生み出した組立生産ラインに代表される大規模生産方式を変え、製品生産をパーソナライズ化、カスタマイズ化へと変革し、生産方式の根本的な変化を実現します。 3Dプリンターの普及と応用により、製品を市場に投入するまでの時間が短縮されます。製品ユーザーは、設計図をダウンロードし、数時間以内に3Dプリントで製品を「印刷」するだけで済みます。これにより、大規模な生産ライン、大量の部品の在庫、多数の作業員の必要性がなくなります。

1 3Dプリント技術

3Dプリンターは1980年代半ばにアメリカの科学者によって初めて発明されました。 3D プリンターは、3D 印刷技術を使用して実際の 3 次元オブジェクトを作成するデバイスです。その基本原理は、コンピューターで事前に設計された 3 次元モデルに従って特殊な消耗品 (接着剤、樹脂、粉末など) を使用し、接着剤の堆積によって粉末の各層を形に結合し、最終的に 3D エンティティを印刷することです。 3D プリントのプロセスは 2 つのステップに分けられます。まず、成形が必要な領域に特殊な接着剤をスプレーし、次に粉末を均等にスプレーします。粉末は接着剤と接触するとすぐに固まって結合し、接着剤のない領域は緩んだままになります。このプロセスを繰り返して、ソリッドモデルが形に「印刷」されます。積層処理がインクジェットプリンターと非常に似ていることから、「印刷技術」と呼ばれています。 3D プリント技術は、付加製造を実現する方法です。積層造形の特徴は、金型を必要とせず、材料を層ごとに追加することでさまざまな製品を製造することです。そのため、フリーフォームファブリケーション（略してFFまたはFFF）とも呼ばれます。現代の付加製造技術は、1968 年の Swainson の特許、1972 年の Ciraud の特許、および 1979 年の Housholder の特許から直接始まりました。これらの特許はそれぞれ、レーザー 3D 重合、直接粉末堆積、粉末レーザー焼結などの付加製造技術の先駆けとなりました。 1972 年にドイツの Ciraud が提案した、レーザーエネルギービームを使用して粉末を堆積させ、層状の重ね合わせ成形を実現する技術は、世界で初めて成功した現代的な付加製造プロセスであると一般に考えられています。 1980 年代以降、さまざまな付加製造技術が大量に登場し、多くの分野で創造的に応用され、今日の付加製造、特に 3D 印刷技術の新たな状況を形成しました。

2 3Dプリント技術の未来

今後 5 ～ 10 年間、技術の継続的な進歩と市場需要の拡大により、3D プリンターには 3 つの発展傾向が見られます。まず、3D プリントの速度と効率は向上し続けます。並列およびマルチマテリアル製造プロセス方法の開発により、印刷速度と効率がさらに向上することが期待されます。次に、3Dプリント材料がより多様化します。先端材料の継続的な開発により、スマート材料、ナノ材料、新しいポリマー材料、合成バイオ材料などが 3D プリント材料になります。3 つ目は、3D プリンターの価格が大幅に下がったことです。いくつかの小規模な 3D プリンター製造業者は、1 万ドル未満の 3D プリンターの発売を開始しています。技術の進歩と普及により、3D プリンターの価格は大幅に下がると予想されます。 4番目に、3Dプリンターの応用分野はより広範囲です。 3Dプリンターは誕生後、初期には主に航空宇宙、機械、医療、建設などの業界で模型製作に使用されていました。 3Dプリンターが成熟するにつれ、自動車や飛行機、皮膚や骨などの生体組織などのハイテク部品の製造に使用され始めています。専門家は、近い将来、靴やメガネからキッチン家電や自動車まであらゆるものが3Dプリンターで生産されるようになると予測しています。 3D プリント技術は、CAD/CAM 技術、レーザー技術、光化学、材料科学など、さまざまな側面からの技術と知識を総合的に応用した新興のハイテク技術です。3D プリント技術の継続的な成熟により、新材料技術、インテリジェント製造技術、スタッキング製造技術が大きく進歩します。

高度な製造技術はグローバルな競争に向けられており、現在、どの国もグローバル市場に参入しています。国の高度な製造技術は、その国の製造業の世界市場における競争力を支えています。したがって、高度な製造技術の主体は世界レベルにあるべきである。ただし、既存の製造技術レベルから高度な製造技術への移行戦略や対策は、各国の国情によっても左右されます。我が国は、これまでにないスピードでグローバル化した国際市場に参入しています。国の状況に適した先進的な製造技術と3Dプリント製造を開発し、適用することが急務です。南極熊3Dプリントネットワークにご注目ください。

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出典: ペーパーネットワーク

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