2023年の3Dプリンティング予測：部品の大量生産が金属積層造形の主流になる可能性

この投稿は warrior bear によって 2023-1-3 21:24 に最後に編集されました

3D プリンティング業界が成熟するにつれて、非常に前向きな展開が数多く見られるようになります。今日の業界は、誇大宣伝や非実用性から離れ、部品を「軌道に乗せる」ことに重点を置きつつあります。
3D プリント技術は複雑であり、部品を製造するための新しい方法を提供します。積層造形 (AM) の性質上、印刷されるすべてのコンポーネントのすべてのボクセルは一意です。 3D プリント技術では、既知の金属ブロックを切断するのではなく、粉末状または噴霧された材料の流れから構築します。その結果、この業界が直面している課題は、他の製造プロセスの課題よりもはるかに新しく、複雑になっています。したがって、特に金属における工業化された付加製造に関する私たちの取り組みは、まだまだ終わっていません。世界中のメーカーがこの取り組みに取り組んでいるため、より多くの標準、より多くの資格、より高い生産性、そしてより多くの工場レベルでの 3D プリントの導入が見られるようになっています。
しかし、大規模生産のための金属積層造形はまだ非常に稀です。この号では、金属 3D プリントの分野を代表する専門家の一部と、2023 年にこの技術がどのように発展するかについての彼らの見解をまとめています。専門家たちはまた、2023 年以降の一連の金属付加製造に関する予測についても言及しました。
マクロ的な観点から見た3Dプリントの発展
特に大規模なマクロ環境における最も効率的で要求の厳しいアプリケーションに焦点を当て、Additive IndustriesのCEOであるマーク・マッシー氏は次のように述べています。「インフレ率の上昇と商品価格の高騰は、AMの量産を検討する際の顧客の労働コスト、エネルギーコスト、消耗品コストに対する見方に影響を与えると考えています。ユーザーが運用費におけるこれらの要素に敏感になるにつれて、自動化と生産性、および消耗品のリサイクルに重点が置かれるようになります。当社の見解では、金利の上昇がプリンターの購入に大きな影響を与える可能性は低いですが、フィールドシステムを完全に交換するよりもアップグレードに関心が集まる可能性があります。業界の動向に関しては、ウクライナ戦争への対応として備蓄の補充や能力向上のために各国が防衛費を増額するため、防衛産業におけるAMの使用が増加する可能性があります。エネルギー業界も化石燃料からの切り替えが加速することで混乱する可能性があり、将来的にはAM部品への扉が開かれる可能性があります。全体として、金属AM部品の量産は引き続き力強い前向きな傾向を示しています。」
これは、3D プリントがあらゆるものを置き換えるという見解とは異なる、一種の現実主義です。生産、コスト、自動化に重点が置かれる可能性は高いと思われます。防衛とエネルギーも非常に有望であり、これらの分野は現在急速に成長していると見られています。マークの回答はすべて、AM の現実、実際の部品、実際のコスト導入を前提としており、問題を引き起こすだけでなく解決しているのは AM 業界のビジネスマンです。
△連続生産が可能なAdditive Industries Metal Fab G2
積層造形ソフトウェアの役割<br /> セットアップ、材料、ソフトウェア、機械、設計は 3D プリント部品の主要コンポーネントであり、今日の積層製造業界ではソフトウェアの重要性が高まっています。「 AM 業界には、後処理の自動化、その場および構築後の形状と欠陥の検出技術、デジタルツインを作成するためのプロセス全体のデータキャプチャと分析など、金属 AM の生産性を向上させるための補完的なアプローチが次々と登場すると予測しています」と、マーシャル宇宙飛行センターの主任エンジニアであり、『Metal Additive Manufacturing for Propulsion Applications』の共著者でもある NASA の Gradl 氏は述べています。「生産に移行し、各段階でトレーサビリティを維持するには、AM ライフサイクル全体を完全に理解することが重要です。補完的なツールも、AM 構築プロセス自体に合わせて進化する必要があります。これまであまり注目されておらず、重要な最終用途には使用されていない金属 AM プロセスの成熟に非常に期待しています。以前は印刷や処理が不可能だった新しい金属合金が、ターゲットを絞ったソフトウェアによって実現され、コンポーネントのパフォーマンスが向上し、AM が提供する経済的メリットが向上します。」
3D プリントの産業化においてソフトウェアが重要な役割を果たすことは明らかです。 The Barnes Global Advisors の主任コンサルタントである John Barnes 氏は、積層造形設計 (DfAM) がプロセスの鍵であると考えています。「ソフトウェアとデジタルワークフローがプリンターの生産性に追いつくか、オペレーターとエンジニアの操作を簡素化する傾向が続くと予想しています。量産には、まず製造設計の一章として DfAM を幅広く理解することが必要であることは間違いありません。これらの要件は簡単になることはありません。積層造形はそれらを満たす必要があります。私はよく、積層造形はジンジャーロジャースのようなものだと言います。従来の製造が行っていたすべてのことを、フレッドアステアを追って、逆方向に行う必要があります。つまり、既存の製造ソリューションの機能を満たすか、それを超える必要があります。」
対照的に、Velo3D の CEO である Benny Buller 氏は、正反対の見解を示しています。「Velo3D は 2023 年にソフトウェア設計分野から撤退し、最大の金属 AM 機器サプライヤーになることに注力します。DfAM は私たちの目の前で急速に消滅しつつあります。」Benny 氏は、自社の最大のチャンスは DfAM の必要性をなくすことにあると考えています。一方、John Barnes 氏にとって、ワークフローはすでにミッションを達成しており、DfAM が必要です。どのように見ても、ソフトウェアは大量生産を可能にする最も重要な要素になりつつあります。
△ Velo3D の最先端の金属 3D プリントソリューション - Sapphire XC1MZ
ハードウェアに焦点を当てる
オートデスクの積層造形担当ディレクターであるアレクサンダー・オスター氏は、Fusion 360 やその他のソフトウェアも積層造形の産業化の重要な推進力になると考えています。しかし、彼は、特にコストの面で、ソフトウェアが機械に焦点を戻すことができる段階に達したと考えています。同氏は次のように述べた。「金属 AM 分野は現在、規模と資本コストが増大しているハイエンドマシン (主に航空宇宙アプリケーションが牽引) と、資本支出とそれに伴うリスクが低いことから、特定の品質でユニットあたりの部品コストが低いことが求められるローエンドアプリケーションが牽引するマスマーケットマシンに分かれていると思います。」
8 ～ 12 個のレーザーを搭載したマシンでは生産性が大幅に向上し、大型部品の生産と業界の大幅な成長が促進されています。その中でも、Velo3D、Vulcan Forms、Seurat が目立っています。しかし、業界では他にも何かが起きています。それは、低価格の金属 3D プリントに影響を及ぼす企業がますます増えていることです。低コストの企業も業界に参入し始めており、業界を席巻するコモディティ部品や品質レベルを提供している。つまり、New Space の人たちは大型のマシンを所有することになりますが、平均的なユーザーはよりコスト効率の高い印刷システムを入手できるようになります。粉末床溶融結合の商業化は、付加製造にとって大きな進歩となるでしょう。
コストに焦点を当てたもう一つの回答は、DBシェンカー社のヨッヘン・ルーク氏から出た。元フラウンホーファー付加製造の専門家は、現在、大手物流会社をメンテナンス、修理、オーバーホール（MRO）およびスペアパーツ用の3Dプリント大手企業に変革する支援を目指しています。こうした量産品について、ヨッヘン氏はコストの観点から市場をみています。「今後数年間の成熟化の鍵となる要素は、ゆっくりとではありますが着実に進んでいます。規模の経済によるコスト削減、教育とベストプラクティスの普及、標準化の基盤が確立されつつあります。量産品はさらに成熟し、鉄道、航空宇宙、医療などのニッチで高価値な市場に広がっていくでしょう。高級自動車の量産品とスペアパーツは、今後数年間の成長の原動力となるでしょう。積層造形分野にとって最も重要な教訓は、技術の話から離れ、スペアパーツのサプライチェーンの問題に対する収益性の高いソリューションを見つけることです。革新的なブレークスルーが起こるとすれば、それはプロセスと材料の相互作用を改善することで、L-PBF のプロセス速度を少なくとも 2 倍に高めることでしょう。」ヨッヘン氏は、実際のコストとパフォーマンスに基づいて厳密に業界を評価しています。
より大きな機械やより優れた設備に加えて、「プロセスと材料」の相互作用は確かに大きな利益をもたらし、同じ設備を使用してより良い経済性につながる可能性があります。これにより、利益率が大幅に向上し、部品コストが削減され、業界に最も大きく影響することになります。
金属後処理<br /> 繰り返し出てくるもう一つのことは、後処理です。ソルコンのCEOであるアンドレアス・ハートマンは、「金属製の生産のために、ポストプロセスに焦点を当てる傾向があると予測していますシステムは、メディアが書いているように、信頼性の高い予測可能なクリーニング結果です。添加剤の製造のオジカルフットプリントは、添加剤の製造、粉末のリサイクル、および二酸化炭素排出量の問題であるだけでなく、添加剤の製造会社にとって経済的に重要なトピックでもあります。」
△ソルコンデ1メートル部品を印刷チャンバー内に設置。
金属付加製造はポリマーの方向性を変えるでしょうか?
Prototek は、Steve Grundahl 氏が率いるポリマー印刷会社 Midwest Prototyping を以前に買収しており、積層造形における統合の豊富な経験を持っています。金属 3D プリントの急速な発展により、彼が「ポリマーの専門家」から「金属とポリマー」の専門家に転向することになるかどうかについては、スティーブ氏は次のように語っています。「ポリマープリントサービスに注力している会社として、ポリマーの優れたリソースを転用してリスクを取る説得力のある理由はまだ見つかっていません。しかし、バインダージェッティング分野における現在の競争と、予測ソフトウェアおよび後処理技術の向上により、金属サービスの追加がすぐに現実になることを期待しています。」
△プリントヘッドに接着剤が付着します。画像出典: ExOne
ポリマーと金属の 3D プリントサービスと製造会社は、かつてはまったく異なる世界であり、大規模な製造でそれらを組み合わせる企業はわずかしかありませんでした。しかし、スティーブの話から、Prototek と Midwest Prototyping が金属とこの市場で起こっていることを注意深く監視していることは明らかです。彼らはバインダージェッティングを金属の加工を容易にする技術だと考えています。しかし、彼はまた、ソフトウェアが重要な要因であることにも言及しました。スティーブの考えが示唆しているのは、おそらく短期的には大量の新たな資金と生産能力が金属業界に流れ込むということだ。
△画像出典：デジタルメタル
つまり、3D プリント業界のソフトウェア化が進んでいるのです。 DfAM、アルゴリズム、作業自動化ツールを通じて、業界は量産部品の金属積層造形において大きな飛躍を遂げるでしょう。さらに、付加的なワークフローにおけるすべての可動部分に対する統合的なアプローチに重点を置く必要があります。セットアップ、後処理機械、スループットの向上はすべて、品質を維持しながらコストに重点を置く必要があります。私たちは実際の部品と実際のコスト計算を行っており、部品あたりのコストを満たすことができれば、最適化と採用が促進されます。
実際の生産ニーズを実際に満たすという考え方が、ここで見られる最大のトレンドです。自動車、防衛、エネルギー、鉄道、航空宇宙が好まれており、現時点では新規宇宙が業界の成長を牽引する最大の顧客勢力となっているようだ。新宇宙、航空宇宙、防衛産業による大型機械の購入は、より複雑で大型の発券機器や最終用途部品を推進しているようです。他の人にとっては、低価格マシンの新波は、より手頃な価格の部品への入り口となるかもしれません。

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