3Dプリントが金型業界にもたらす喜びと不安

金型業界は最もスパンの広い業界であり、製造業のあらゆる分野に関係しています。現代社会では、製造業と金型の依存度が高く、数え切れないほど多くの製品の部品が成形（射出成形、ブロー成形、シリコン）または鋳造（インベストメント成形、砂型鋳造、スピニング）によって製造されています。用途が何であれ、金型を製造することで品質を維持しながら効率と利益を向上させることができます。

CNC 加工は、金型の製造において最も一般的に使用される技術です。信頼性の高い結果が得られますが、非常に高価で時間がかかります。そのため、多くの金型製造会社は、より効果的な代替手段を探し始めています。積層造形法による金型製造は、金型が一般的に小ロットで生産され、複雑な形状をしており、3D プリントに非常に適していることから、より魅力的な方法となっています。

現在、3D プリントは、模型製作、試作、金型製作などの分野で広く使用されています。これは今世紀の最先端技術の一つではあるが、それが直面する実際の困難を過小評価することはできない。業界分析によると、現在、3D プリントは多くの業界で同じ問題に直面しています。第一に、3D プリントのコストは依然として比較的高く、第二に、同じ価格でも、3D プリントの精度は従来のモデルよりもはるかに低いです。 3D プリントが成熟し、普及したときにのみ、影響が現れます。上記の 2 つの欠点に加えて、3D プリント材料は、射出成形であっても、他の材料の強度、靭性、その他の特性を実現できません。現時点では、その応用には依然として大きな制限があります。

では、金型製造は 3D プリント技術からどのようなメリットを得ることができるのでしょうか?
実際、3D プリント技術は、金型製造の次の側面で使用できます。
（１）成形（ブロー成形、LSR、RTV、EPS、射出成形、パルプモールド、可溶性モールドコア、グラスファイバーモールド等）

（２）鋳造用金型（インベストメント型、砂型、スピニング型等）

（３）成形（熱成形、金属油圧成形等）

（４）機械加工、組立、検査（固定治具、移動治具、モジュラー治具等）

（５）ロボットエンドエフェクタ（グリッパ）

3D プリントを使用して金型を作成すると、多くの利点があります。
1) 金型製造サイクルの短縮
3D プリント金型は、製品開発サイクル全体を短縮し、イノベーションを推進する源となります。過去には、新しい金型の製造に多額の費用がかかることから、企業は製品設計の更新を延期または中止することを選択することがありました。 3D プリントにより、金型の準備時間が短縮され、既存の設計ツールを迅速に更新できるようになるため、企業は金型の変更や改良をより頻繁に行うことができます。これにより、金型設計サイクルを製品設計サイクルに合わせることが可能になります。

さらに、金型を作るために独自の 3D プリンター機器を購入している企業もあり、これにより製品開発がさらに加速し、柔軟性/適応性が向上しています。戦略的には、サプライヤーから不適切な金型を受け取るなど、納期の延長や開発停滞のリスクに対するサプライチェーンの防御能力が向上します。

2) 製造コストの削減金属 3D プリントの現在のコストが従来の金属製造プロセスのコストよりも高い場合、プラスチック製品の分野ではコスト削減がより簡単に実現できます。
金属 3D プリント金型は、小規模で不連続な最終製品シリーズの製造 (これらの製品の固定費は償却が難しいため) や、特定の形状 (3D プリント用に特別に最適化) の場合には経済的な利点があります。 3D プリントにはコスト面での利点があり、特に使用する材料が非常に高価で、従来の金型製造では材料の廃棄率が高くなる場合にメリットがあります。
さらに、数時間で精密な金型を作成できる 3D プリントの能力は、製造プロセスと利益にもプラスの影響を与える可能性があります。特に、生産停止やツールの在庫が高額な場合。
最後に、生産開始後に金型を修正する必要があることがよくあります。 3D プリントの柔軟性により、エンジニアは無数の反復を同時に試すことができ、金型設計の変更に関連する初期コストを削減できます。

3) 金型設計の改善により、最終製品の機能性が向上します。
通常、金属 3D 印刷に対する特殊な冶金学的アプローチにより、金属の微細構造が改善され、鍛造材料や鋳造材料と同等かそれ以上の機械的および物理的特性を持つ、完全に高密度の印刷部品を製造できます (熱処理とテストの方向によって異なります)。付加製造により、エンジニアは金型の設計を改善するための無限の選択肢を得ることができます。対象部品が複数のサブコンポーネントで構成されている場合、3D プリントでは設計を統合し、部品の数を削減することができます。これにより、製品の組み立てプロセスが簡素化され、許容誤差が低減されます。

さらに、複雑な製品機能の統合が可能になり、高機能な最終製品をより早く、より少ない欠陥で製造できるようになります。たとえば、射出成形部品の全体的な品質は、射出成形された材料と金型固定具を流れる冷却液との間の熱伝達によって影響を受けます。従来の技術を使用して製造する場合、冷却材を導くチャネルは通常直線状であるため、成形部品の冷却効果は遅く、不均一になります。

3D プリントでは、あらゆる形状の冷却チャネルを実現できるため、より最適化され均一なコンフォーマル冷却が保証され、最終的には部品の品質が向上し、廃棄率が低下します。さらに、冷却時間が射出成形サイクル全体の最大 70% を占めることがあるため、熱除去が速くなると射出成形サイクル時間が大幅に短縮されます。

4) ツールを最適化して人間工学を考慮し、最低限のパフォーマンスを向上させる
3D プリンティングにより、製造プロセスで満たされていないニーズに対応する新しいツールの検証の障壁が低くなり、製造においてより多くの可動式固定具と固定式固定具に投資することが可能になります。従来、ツールの設計と対応するデバイスは、再設計と製造に多大な費用と労力がかかることから、常に可能な限り長く使用されてきました。 3D プリント技術を応用することで、企業は廃棄され要件を満たさないツールだけでなく、いつでもあらゆるツールを再生することができます。

3D プリントにより、最小限の時間と初期コストで、ツールを最適化し、限界性能を向上させることがより経済的になります。技術者は設計時に人間工学をさらに考慮して、操作の快適性を向上させ、処理時間を短縮し、使用と保管をより便利にすることができます。これによって組み立て作業時間が数秒短縮されるだけかもしれませんが、積み重なると大きな効果が得られます。さらに、ツール設計を最適化することで、部品の廃棄率も削減できます。

5) カスタマイズされた金型は、最終製品のカスタマイズに役立ちます。生産サイクルの短縮、より複雑な形状の製造能力、および最終製造コストの削減能力により、企業はカスタマイズされた部品の製造をサポートするために、多数のパーソナライズされたツールを製造できます。 3D プリントされた金型は、医療機器や医療業界などのカスタマイズされた生産に非常に役立ちます。外科医に手術ガイドやツールなどの 3D プリントされたカスタマイズされた器具を提供できるため、手術の結果を改善し、手術時間を短縮できます。

では、3D プリンティングは金型製造業界に取って代わるのでしょうか?

フォワード産業研究所が発表した「2015-2020年中国3Dプリント産業市場需要および投資潜在力分析レポート」によると、世界の3Dプリント産業の市場規模は2010年に13億2500万米ドル近くで、2011年には17億1400万米ドルに増加しました。しかし、2013年にはこの数字は一気に40億米ドルに急上昇し、2012年の22億400万米ドルと比較して81.49%増加しました。

3Dプリント業界の発展動向に直面して、3Dプリントが金型製造業界に直接取って代わるのではないかと懸念する人が多くいます。 3Dプリントと比較すると、金型製造のプロセスフローは、生産を開始する前に、図面の検討、金型フレームの加工、金型コアの加工、電極の加工、金型部品の加工、検査設備、金型のフライングを経る必要があり、プロセスフローははるかに複雑です。 3Dプリントはモデリングソフトウェアでモデリングした後、スクリーンショットを撮影し、「スライス」をプリンターに送信して断面情報を読み取り、印刷と製造を行います。

しかし、業界関係者の中には、3Dプリントはまだ初期段階にあり、ダイカスト金型やダイカスト部品を製造する金型会社にとって脅威にはなっていないと指摘する者もいる。未来産業研究所のアナリストである孫海紅氏は、現在の3Dプリント技術は大量生産には適していないと考えている。3Dプリントで1つのモデルを生産するコストは、基本的に数万個の金型を生産するコストと同程度である。伝統的な金型製造会社は、大規模生産を開始すれば、その優位性を発揮できるだろう。

さらに、金型製造会社の生産時間は、3D プリントに比べてはるかに短くなります。金型製造は初期段階で多くの準備が必要ですが、一度準備が整えば、製品の製造には数秒しかかかりません。しかし、現在の 3D プリンターでは、製品の製造に 3 時間以上かかります。そのため、現段階では、3D プリンティングが量産工程において金型製造業に取って代わることは困難です。

多くの起業家は、3Dプリントが金型製造業界に取って代わるという問題については楽観的です。両者には類似点がありますが、必ずしも生死に関わる関係ではありません。将来、3Dプリント技術が成熟すると、金型製造会社がそれを利用できるようになります。企業は3Dプリント技術を使用して効率の低い製品を生産し、金型製造技術を使用して航空宇宙機器や医療機器などの付加価値の高い精密製造製品を生産し、業界全体の変革とアップグレードを実現します。
出典: 上海付加製造協会さらに読む:
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