生産において、付加製造と減算製造をどのように組み合わせることができるでしょうか?専門家がアドバイスします！

はじめに: 近年、積層造形と切削造形の組み合わせがますます普及し、世界中で大きな影響を与えています。いくつかの技術的進歩のおかげで、多くの業界がすでに、最終部品を製造するためのいわゆる「ハイブリッド製造」の恩恵を受けています。実際、これら 2 つの製造方法には違いがありますが、それらを補完的に使用することで、最大限の効果を得ることができます。ただし、これらのテクノロジを本番環境に実装するには、これらのテクノロジが何で構成されているかを正確に理解することが重要です。

上記の問題に対して、Antarctic Bear はこの記事で 3 人の海外製造業専門家 (下図の人物リストを参照) の意見をまとめました。彼らは、生産チェーンで付加製造と減算製造を最適に実装する方法について詳細な意見と提案を提供してくれました。
△ Peter Genovese、Elena Lopez、Brian Christaponis 最初の専門家は、SolidCAM Additive 3D 印刷アプリケーションエンジニアの Peter Genovese です。彼は約 10 年間にわたり付加製造技術に携わっており、その専門知識を活用して付加製造技術をさまざまな製造環境に最も適合させる方法を判断しています。次に、エレナ・ロペスが Fraunhofer IWS の付加製造部門の責任者に就任しました。彼女は付加製造分野の非常勤教授でもあり、3D プリンティングにおける女性のヨーロッパ地域ディレクターを務めています。最後に、ブライアン・クリスタポニスは、さまざまな市場に製造ソリューションと新技術を提供する大手サプライヤーであるフィリップスのハイブリッド部門ゼネラルマネージャーです。
付加製造と減算製造の特徴<br /> ハイブリッド製造の実装方法について説明する前に、2 つのアプローチの重要な違いを理解することが重要です。積層造形は、目的の部品が作成されるまで、材料を 1 層ずつ重ねていく作業です。一般的な 3D 印刷技術には、材料押し出し、材料噴射、バインダー噴射、スロット光重合、粉末床溶融結合、指向性エネルギー堆積 (DED)、およびシート積層があります。一方、減算型製造では、ブロックまたはより大きな部品から材料を抽出して部品を製造します。これらの減算プロセスには、CNC 加工 (フライス加工、旋削加工、穴あけ加工、ボーリング加工、研削加工)、レーザー切断、放電加工、ウォータージェット切断が含まれます。
どちらの製造方法にも利点と限界があるため、それぞれの場合に何を使用するかを知るためには、それらを理解する必要があります。それでは、これら 2 つのテクノロジーを組み合わせることで企業が得られるメリットを見てみましょう。 SolidCAM の専門家である Peter Genovese 氏は次のように説明しています。「このタイプのハイブリッド製造の主な利点の 1 つは、3D 印刷を使用して、最初に非常に複雑で有機的な形状を印刷できることです。これは、減算加工だけでは製造不可能またはコストがかかりすぎます。減算加工は、部品の重要な機能に必要な高レベルの寸法精度と厳しい許容差を得るために使用されます。」言い換えれば、ハイブリッド製造は、付加製造と減算製造を組み合わせ、両方のプロセスの最良の部分を 1 つのマシンに統合することで、ハイブリッド製造をより迅速かつ簡単に、最も要求の厳しい業界の最終部品を製造できるようにします。
全体的なプロセスに関して、ブライアン・クリスタポニス氏は次のように付け加えています。「ハイブリッド処理により、必要な原材料の量を削減できるため、ニアネットシェイプを作成するためのサイクルタイムを短縮できます。内部ジオメトリを可能にし、特定のサイズの原材料の必要性を減らし、荒加工プロセスを排除することで全体的なツールコストを削減できます。」また、特定のアプリケーションを最大限に活用するには、適切なプロセス (付加的および減算的) を選択することが重要であることも注目に値します。
△ A. 減算型製造プロセス/B. 加算型製造プロセス。
3D プリンティングに特に焦点を当てると、それぞれのテクノロジーには、減算型製造を補完するものとしての使用に影響を与える重要な特性があることがわかります。エレナ・ロペス氏もこの点を指摘し、「すべての AM 技術が部品の拡張性を高めたり、簡単に修理したりするのに適しているわけではありません」と説明しています。この選択で考慮すべき要素には、積層プロセスの解像度や許容範囲、技術と互換性のある材料、部品固有の後処理の必要性などがあります。後処理については以下で詳しく説明します。
ハイブリッド製造: 考慮すべきその他の側面<br /> 製造プロセス自体に加えて、生産チェーン内の他の側面の重要性を理解することも重要です。ハイブリッド製造について話すとき、最初のステップ（設計）と最後のステップ（後処理）が重要な役割を果たします。両プロセスの機能を詳細に理解することで、企業は付加的生産と減算的生産の両方を最大限に活用し、可能な限り最高の最終部品を作成できるようになります。
設計段階は、多くの場合、部品を作成するために使用される製造プロセスに直接依存します。エレナ氏とピーター氏はどちらも、それぞれ積層製造と切削製造では、設計の面でより多くの制限に遭遇することに同意しています。「すべてのデザインが CNC マシンで加工できるわけではありません」とロペスは説明します。「特に複雑な内部構造は、最も論理的なアプローチではないかもしれません。」
ジェノヴェーゼ氏は次のように語っています。「一般的に、CNC 加工の場合、設計の複雑さが増すと、部品の加工の難しさも増します。一方、積層造形の場合、多くの場合、部品の複雑さが増しても、製造がより複雑になることはありません。」
クリスタポニス氏は最後に、ハイブリッド製造における設計プロセスについて言及し、次のように締めくくりました。「内部機能の複雑さは、ハイブリッドプロセスに非常に適しています。ハイブリッド製造モードでは、プロセス全体を通じて堆積と機械加工を繰り返すことができます。これにより、厳格な積層造形や CNC プロセスでは不可能な、高品質の機械加工された内部機能を持つ部品を製造できます。」したがって、2 つの技術を組み合わせることで、設計者は単一の製造方法に制限されることなく、部品の性能に基づいて部品を設計する自由度が高まります。
△設計はハイブリッド製造の重要な段階です（写真提供：nTopology）
一方、後処理もあります。このステップは、部品の表面仕上げを改善したり、場合によってはより要求の厳しい用途に合わせて機械的特性を強化できるため、ほとんどの製造プロセスにおいて重要です。この意味で、3 人の専門家は、部品を入手した後だけでなく、入手する前でも重要な考慮事項であることに同意しました。部品の形態は変化する可能性があるため、モデルを設計する際には、実装する後処理の種類を考慮する必要があります。実際、ロペス氏は次のように説明しています。「使用するハイブリッドプロセスによっては、予想される表面粗さが単純な 3D 印刷プロセスとは異なる可能性があります。減算技術を使用する場合は、設計と加工ルートで除去する材料の量を考慮する必要があります。」
ジェノヴェーゼ氏も同意しましたが、部品の許容誤差についても言及しました。「覚えておくべきことの 1 つは、機械加工できない形状を印刷できることが多いということです。重要な許容誤差を達成するために部品を後加工する必要がある場合は、従来の減算技術を使用して部品を印刷した後で、それらの場所にアクセスできることを確認してください。」最後に、ブライアン氏は後処理の問題について考えを述べ、次のように結論付けました。「理想的には、すべての方向に均一な量の材料を使用して、ほぼ正確な形状を生成したいのです。これにより、加工プロセスの予測可能性が高まり、半仕上げ作業を削減または省略できるため、加工時間を短縮できます。「最後の点は興味深いです。そうでないと、特定の問題に遭遇する可能性があるからです。部品が成形されていない場合、必ずしも再配置できるとは限らず、その結果、部品が許容範囲を満たさなくなる可能性があります。
△ハイブリッド製造では、後処理を使用して、目的の表面仕上げを実現します。金属技術ではCNC加工などの技術によって行われます
最後のアドバイス「すでにこの道を歩んできた人に連絡を取り、自分の旅のガイドをしてください。積層造形と CNC 加工の世界は非常に広大です。どのようなオプションがあるかを知るだけでも、それらをどのように組み合わせて活用するかを知ることは非常に困難な作業です。ハイブリッド製造で成功したコンサルタントや、あなたの業界と似た業界で企業を探すことは、すべてのオプションをふるいにかけるのに役立つ優れたリソースです。」 — Peter Genovese 「意図したユースケースを慎重に分析し、それらにとって最も重要なものを評価する必要があります。CNC 加工技術を追加するには、これらの他の技術の専門家を雇用またはトレーニングする必要があります。ハイブリッド製造ソリューションは、最も費用対効果が高いとは限りませんが、将来のアプリケーションに柔軟性を追加できます。」 — Elena Lopez 「 CNC マシンをモーションコントロールシステムとして使用するハイブリッドマシンの場合、両方の技術を同等にサポートする CAM ソフトウェアソリューションが必要です。市場に投入されるマシンが増えるにつれて、ソフトウェア企業は、これらのマシンのプログラミングをより簡単かつ迅速にし、積層造形と切削造形のシームレスな統合を可能にするために、より多くのリソースを投資するでしょう。」 — Brian Christaponis

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