わずか 5 つのステップで、3D プリント製造テクノロジーをビジネスに追加できます。

はじめに: 中小規模の製造業者であれば、3D プリント、別名付加製造 (AM) について聞いたことがあるはずです。付加製造は、自転車のシートからロケットの推進装置まであらゆるものを作ることができ、あらゆる種類の部品や製品をより速く、より安く、より軽く、より持続可能なものにすることができると期待されており、製造における最新の技術革命として歓迎されている。 3D プリントは、他の技術では不可能な部品の形状や設計を可能にし、日常的な金属やプラスチックから独自のポリマー複合材料、さらには人間の組織に至るまで、さまざまな材料を使用します。おそらくあなたはすでに積層造形の素晴らしさについて学んでいて、ビジネスに新たな発展をもたらすために積層造形技術を試してみたいと考えているでしょう。では、積層造形を始めるにはどうすればよいのでしょうか?

Antarctic Bear は、3D 製造業界の思想的リーダーや 3D プリンターメーカーが共有した事例と提案に基づいて、既存の製造業務に 3D プリント技術を追加する方法を次の 5 つのステップに分けています。

ステップ1: AMの「チャンピオン」を見つける

△ クラッドウェル・マニュファクチャリングのシニアモデル製作者パット・ミリガン氏は、同社のマークフォージド3Dプリンターを使用している。

複数の 3D プリンター製造業者で業界のベテランであり、現在は Azul3D の最高売上責任者を務める Tuan TranPham 氏は、「主題の専門家としてキーパーソンが必要です。その人がエンジニアであるかどうかは関係ありません。インターンでも若いエンジニアでも構いません。なぜなら、彼らはこの分野に新しい考え方をもたらすからです」と述べています。積層造形推進者が乗り越えなければならない大きなハードルの 1 つは、何十年も続いてきた会社の日常的なビジネスプロセスを新しいものに置き換えるよう経営陣を説得することです。アムパワーの共同創設者であり、積層造形業界のコンサルタントでもあるマティアス・シュミット・レール氏は、最善のアプローチは、会社の日常業務プロセスにまだ完全には溶け込んでおらず、新しいソリューションに対してよりオープンな、若い新人エンジニアや技術者を雇うことだと語る。 AM に興味があり、AM プロジェクトの開発を主導する意欲のある人材がまだいない企業では、 AM の経験を持つエンジニアを雇う必要があるかもしれません。しかし業界の専門家は、目標は管理者に付加製造の責任を負わせることではなく、より多くの人々に 3D プリンティングに興味を持ってもらうことだと同意しています。

そして、トレーニングと教育を通じて、より多くの人々が 3D プリントに参加し、3D プリントの魅力を感じるようになるでしょう。「独自の技術こそが、導入の鍵であり、現在の障壁です」とシュミット・レア氏は言います。「幸い、AM について学ぶ機会は増えていますが、それはまた、経営陣がエンジニアにトレーニングを受ける時間と予算を与えなければならないことも意味します。」AM の最新の進歩について最新情報を入手するには、読書、インターネットの閲覧、Rapid TCT や Formnext などの AM イベントへの参加、AM に取り組んでいる大学との話し合い、3D プリンター OEM への連絡などを行います。 AM の推進者が学んだことを社内全体に広め、機械工から上級管理職まで全員の参加を促すと、AM に関する偏見を払拭するのに役立ちます。

3DプリンターメーカーMarkforgedの戦略アプリケーションエンジニア、ピーター・シュルテ氏は次のように答えました。「付加製造を導入する最も迅速かつ効果的な方法は、企業または個人がこの技術の可能性を十分に理解し、それが解決できるすべての問題を認識することです。」

ステップ2: AMの目標を会社の目標と一致させる

△カーボン樹脂プリンター（出典：カーボン）

組織内に AM 推進者がリーダーとして就任したら、AM テクノロジーの調査を開始し、それを会社の主要プロジェクトに適用する戦略を策定できます。これは非常に重要なステップだと、3Dプリンターメーカーのカーボン社の最高売上責任者、デブラ・ロジャーズ氏は語った。「イニシアチブのオーナーまたはリーダーは、何らかの方法でAM を会社の最重要目標と一致させる必要があります。AM が特別なサイドプロジェクトになったり、会社全体の戦略から切り離されたりすると、リーダーの賛同が得られず、うまくいかないことがわかっています。」 3D プリントは、特に中小規模の製造業者にとって、幅広い会社の目標を達成するための重要な手段です。

3D プリントを使用して達成されたその他の企業目標は次のとおりです。
● ラピッドプロトタイピングにより新製品をより早く市場に投入 ● 部品を現地生産することでサプライチェーンのリスクを軽減 ● 海外よりも早く、より安く部品を生産 ● 3Dオンデマンド印刷機能により部品在庫をなくす ● 大きな部品を少数の部品に統合することで製品のパフォーマンスを最適化

現実には、製造企業が 3D プリンティングで達成したり進歩させたりできるものは十分ではありません。「積層造形を採用しようとしている企業への私の一番のアドバイスは、正しい理由で採用することです」とシュルテ氏は指摘します。「私は、積層造形が間違った理由で使用されているのを見てきました。たとえば、最新かつ最高の流行の技術を持っていること、使用されているかどうかにかかわらず、積層造形ソリューションを 1 つのビジネス課題に適用した後で放棄すること、さらには採用ツールとして使用しているなどです。したがって、積層造形が解決できる課題や問題を探し、積層造形がビジネスプロセス全体を強化できる方法を見つけてください。」

専門家は、間違った理由で AM を導入したり、会社所有者の完全なサポートなしに AM を開始したり、成功へのロードマップなしに AM ビジネスを構築したりすることは非生産的であり、会社の本来の生産モデルを損なう可能性があることに同意しています。 AM が従来の製造技術に取って代わる目的で設計されているわけではありません。ほとんどのメーカーは AM と従来の製造技術の両方を使用しています。正しく実装されれば、積層造形は実際にプラスの変化をもたらす可能性があります。

ステップ3: 3Dプリントするパーツを決める

△金属3Dプリントヒンジ（出典：Desktop Metal）

業界の専門家は、メーカーが付加製造を採用する際に犯す最悪の間違いは、現在製造しているものと全く同じ製品を製造することにそれを使用することだということに同意しています。
「機械工場や鋳造所で現在製造している部品を見て、『これを印刷できるか』と尋ねるだけではいけません。部品の用途を見て、『この部品を 3D 印刷するべきか、それともこの部品を改良するべきか』と尋ねる必要があります」と、3D プリンター製造会社 Desktop Metal の共同創業者兼 CTO である Jonah Myerberg 氏は言います。

付加製造により、製造業者は部品や製品をより軽量、より強く、より優れたものに再設計できるようになります。複数の部品を 1 つの 3D プリント部品に組み合わせることができるため、組み立ての労力が削減され、効率が向上します。本質的に、積層造形は部品のデジタル設計から始まるデジタルプロセスです。エンジニアは、設計を始める前に部品をどのように作るかを考えなければなりません。積層造形は新しい製造プロセスであり、学校で習ったものではありませんが、それを学ぶことは他の製造プロセスを学ぶことと何ら変わりありません。

企業が 3D プリントの用途を理解すれば、合理的であれば設計を積層造形に切り替えることも、従来の製造方法の方が適していると判断した場合は積層造形を避けることもできます。企業が現在製造している製品を見て、それを再設計して 3D プリントすればもっと良くなるかどうか見極めるのは簡単ではありません。このステップを実行するには、AM チャンピオンが持っている以上の知識が必要になる場合があります。そのため、業界コンサルタント、アプリケーションエンジニア、3D プリントサービスプロバイダーがいつでもサポートを提供します。

「メーカーは、3D プリントが最高の付加価値をもたらすかどうかを検討する必要があります」とシュミットレア氏は言います。「多くの場合、小規模メーカーにとっては、最初から最終用途の製品をターゲットにするよりも、治具、ツール、固定具の分野の方がよい選択肢となる可能性があります。」

△デジタル部品倉庫は3Dプリント可能な部品を保管し、スペースとコストを節約します（出典：Ultimaker）

SpareParts3D や Materialise の 3D Printing Barometer などのソフトウェアソリューションが登場し始めており、既存のデジタル部品在庫を分析し、どの部品が 3D プリントに適していてどの部品が適していないかを判断できます。
ただし、ほとんどの場合、外部の専門家は、製造する部品や製品（販売する最終製品、使用するツールや金型、スペアパーツなど）について、3D プリントによって改善できる知見を提供します。

業界コンサルタントである Barnes Global Advisors (TBGA) のマネージングディレクターである Barnes 氏と、積層造形分野のベテランで構成される彼のチームは現在、さまざまなツールを通じてさまざまな企業にコンサルティングとガイダンスを提供し、積層造形の産業化と導入の実現を支援しています。 Barnes Advisors の成熟度モデルは、企業が付加製造の導入と実装にどれくらいの時間がかかり、導入の各段階で何が必要かを理解するのに役立ちます。次に、会社にさまざまな種類の 3D プリントを紹介し、どの問題を最も効果的に解決できるかを検討します。最後に、準備モデルがあります。これは、会社の機械、材料、デジタル機能、および人材に基づいて、計画の成功を妨げたり、開始を成功させる可能性のあるリソースの穴がないかを確認します。「積層造形は、一般的に、社内の関係者全員が基本的なレベルで理解しているときに最もうまく機能します」とバーンズ氏は言う。「そうでなければ、エンジニアにとって推進するのが困難なプロセスになってしまいます。」

成熟した 3D プリント製品には次のものがあります。
● ユニークな部品、ツール、製品 ● 各顧客の要件を満たすために特定のカスタマイズを必要とする部品 ● 単一または小ロットのスペアパーツ ● テストおよび機能プロトタイプ用の部品または製品プロトタイプ

ステップ4:付加製造をアウトソーシングする

△デジタル製造会社Fast Radiusは、3Dプリントだけでなく設計・エンジニアリングサービスも提供（出典：Fast Radius）

「小規模メーカーは、プリンターに投資する前に必ず AM サービスビューローと連携する必要があります」と Schmidt-Lehr 氏は言います。「これにより、さまざまな技術や材料を試す機会が得られます。印刷会社、契約メーカー、またはサービスビューローを利用することで、新しい技術の採用への道が開かれます。」

「付加製造に関する豊富な経験と、これらのプロセスの設計に関する高度なスキルを持つサービスビューローを探してください」と Schulte 氏は言います。「設計コンサルティングを有料サービスとして提供するところもありますが、これは初期費用が増えることを意味しますが、本当の価値は経験の広さと最終製品までの全体的なリードタイムの短縮にあります。このアプローチにより、従来の製造から付加製造への移行を加速できます。」

社内にすでにエンジニアリングの専門知識がある場合は、3D プリントコンサルティングを利用することで、必要な品質とパフォーマンスを保証するために、どの 3D プリントシステムを購入し、どの材料を購入するかという最終的な選択をガイドできます。付加製造部品の使用を正当化しながらビジネスケースを構築することで、経営陣は付加製造ソリューションに投資する自信を持つことができます。

社内ソリューションとして付加製造を導入した後でも、需要が急増したときや、社内の能力を増やす必要がある前に規模を拡大したいときには、契約印刷に切り替える必要があるかもしれません。 Craftcloud などの 3D プリントマーケットプレイスでは、さまざまな付加製造業者から部品の見積もりを受け取ることができます。アウトソーシングによる付加製造は米国とヨーロッパで急成長している市場であり、毎年数十社の新規企業が市場に参入しています。材料や技術に特化した企業もあれば、航空宇宙や医療など特定の業界に焦点を当てた企業もありますが、ほとんどの企業は 3D プリンティングのジェネラリストとなり、幅広い技術、材料、設計サービスを提供しています。

「3D プリントサービスプロバイダーが付加製造の導入を推進する上で果たす役割は非常に重要です」と Myerberg 氏は言います。「彼らは専門家であり、パワーユーザーです。サービスプロバイダーを利用するか、社内で処理するかは、最終目標次第です。付加製造向けに設計してそれを利用するのか、それともそれを実際に受け入れてビジネスの一部として推進するのか、という点です。」

会社のコアビジネスが部品や製品の製造とまったく関係がない場合は、3D プリントをアウトソーシングするのが最もビジネス的に合理的かもしれません。キャンディ工場は、工場現場で必要なカスタムツールや備品を設計するエンジニアリングスキルを持つ企業の良い例ですが、部品自体の製造はサービスに適している可能性があり、部品の数が増えるにつれて状況は変わります。

「多くの大手自動車会社が 3D プリンターを購入し、その設計と最適化の方法を学んできましたが、長期的にはフォードは自社の部品を印刷するのでしょうか? おそらく、ティア 1、ティア 2、ティア 3 の製造業者にそれを押し付けるでしょう」とマイヤーバー氏は指摘します。「フォードのような企業のエンジニアが技術や材料のニュアンスを学び、プロセスとコストを本当に理解することが依然として重要です。なぜなら、それが設計上の考慮事項にフィードバックされるからです。最も良いのは、デザイナーが実際に 3D プリンターを操作することです。」

ステップ5: AMスキルを磨く

△Desktop Metal Studio システムは使いやすさを重視して設計されていますが、積層造形の概念を基盤とすることで、より優れた部品を生産することができます (出典: Desktop Metal)

AM の推進者、コンサルタント、プリンター製造業者の指導があったとしても、新しい製造技術をビジネスに移行する（または追加する）には、最終的には社内の設計、エンジニアリング、および製造の専門知識が必要になります。スタッフは、3D プリンターのほか、後処理および品質保証機器を操作する必要があります。彼らは、付加製造特有の材料を理解し、急速に進化する技術と市場での新しいプリンターについて常に最新情報を把握しておく必要があります。 3Dプリンターメーカーは、企業向けや一般向けの幅広いトレーニングを提供しており、個々のプリンター向けの認定プログラムも開始しています。機器販売店はトレーニングを提供しており、付加製造に関する修士課程プログラムや認定を提供する大学も増えています。たとえば、TBGA は完全にオンラインで提供される Purdue 大学の Additive Manufacturing 認定プログラムを提供しています。

製造業のこの重要な局面、つまり、付加製造技術が幅広い業界に大きな影響を与えるほど成熟しているものの、その恩恵を最も受けられる多くの企業にとってはまだやや不明確な状況にあるときに、バイデン政権は付加製造業界のリーダーたちと協力して、米国で AM Forward イニシアチブを立ち上げようとしている。 AM Forward は、中小規模の製造業者による積層造形の導入に関する初期調査を開始することを目指しています。これは確かに経営陣にとって付加製造への投資を促す新たな原動力となり、エンジニアがさらなる調査を実施できるようになり、会社にさらなる機会をもたらすことになるでしょう。

AM Forward の目標は、3D プリントが成熟した実行可能なソリューションであることを製造業界に納得させ、新しいテクノロジーの導入やビジネスプランの再設計に伴うプレッシャーを軽減することです。 3D プリンターの導入に関する高度な技術支援は、オークリッジ国立研究所にある米国エネルギー省の製造デモンストレーション施設から提供され、製造業者はそこで新しい付加製造技術をテストすることができます。中小企業庁は AM Forward 参加者と協力して、米国の業界全体にわたる新しい付加製造能力の広範な導入を支援するための資金を提供します。これらはパッケージに含まれる支援プログラムのうちの2つに過ぎず、政府はこれによりより多くの地元企業が外国投資なしに米国で自社製品を製造できるようになることを期待している。

わずか 5 つのステップで、3D プリント製造テクノロジーをビジネスに追加できます。

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