3D プリンティングはコスト面で従来の製造業と競争できるでしょうか? Evolveは大きな可能性を秘めた熱可塑性電子写真プロセスを選択

南極のクマの紹介: 数十年前、CNC 工作機械の出現によって従来の手作業の方法が置き換えられるとは誰も考えていなかったかもしれません。しかし、新しい技術が登場すると、懐疑的な声が必ず上がりますが、チャンスをつかんで目立つ存在になる人もいます。次は3Dプリントでしょうか？

Evolve Additive Solutions は、可能な限り 3D プリントの設計上の利点を活用していると述べています。同社はすでに3Dプリント技術を活用し、ポリマー部品を高速で生産し始めている。

△高速イメージングの技術を応用したSTEPプロセス。 1時間あたり最大286立方インチの堆積速度で、部品をバッチで印刷できます。同社は、コストの面で、3Dプリントが従来の製造方法（特に射出成形）に直接置き換わるようになる準備を進めています。実際、同社の共同創設者であり、CEO 兼社長であるスティーブ・チルスチン氏は、設計の自由度ではなく部品コストを優先することが、3D プリントによる機会に取り組む最善の方法だと述べています。この技術は、Antarctic Bearの「中国はこれら20の3Dプリント技術でほとんど空白」というまとめにも選ばれています。

△従来のプロセスと比較して、3Dプリントには、コスト削減、製造速度の高速化、在庫圧力の軽減、サプライチェーンソリューション、設計パフォーマンスの向上などの利点があります。これまでのところ、3Dプリントの進歩は、他の生産プロセスでは満たせないニーズを満たすことで、その商業的価値を証明しています。これらの多くは、部品の統合、軽量化、複雑な形状、カスタマイズ、少量生産に関連しています。ほとんどの場合、たとえ単位コストが増加したとしても、元の設計を変更することで得られるパフォーマンス上の利点はテクノロジーによって正当化され、顧客はそれを妥当だと感じます。

しかし、よりバランスのとれた未来、つまり低コストを実現しながら高速大量生産を実現することは可能でしょうか?
そのため、従来のプロセスとより競争力のある新しい方法に向けて革新を進めている人もいます。たとえば、Evolve は、従来のプロセスに近い価格でポリマー部品をより高速に製造できる新しい 3D 印刷技術 STEP (Selective Thermoplastic Electrophotographic Process) を開発しました。

△スティーブ・チルスチン氏はEvolveのCEOです。同社は、スピードとコストの面で従来の製造プロセスに代わる 3D プリント技術を求めています。
これらの機械と生産プロセスの進化には数年にわたる研究が必要でした。簡単に言えば、3D プリンティングは高速 2D プリンティングを利用しますが、ドキュメントを印刷する代わりに、電子写真イメージングを使用して材料の層を印刷するプロセスです。

X、Y、Z の高速クローズドループ制御により、部品とサポート材料を迅速に構築し、単一の部品に材料の組み合わせを迅速に適用することで、正確な解像度と一貫性が保証されます。同社のモデルSVP 3Dプリントシステムは、1時間あたり286立方インチの速度で造形が可能で、1台のマシンで年間約8トンの3Dプリントプラスチック部品を生産できるとCEOは述べた。

選択的熱可塑性電子写真 3D 印刷 (STEP) の原理

選択的熱可塑性電子写真プロセスという名前自体は 4 つの単語で構成されています。 ①「選択的」選択的。非常に正確な方法で粒子を配置する機能を備えています。各素材固有のボクセル (各 3D ピクセルスタック) は正確に印刷され、レイヤー内に配置されます。さらに、2 つの異なる素材の 2 つの個別のボクセルを同じレイヤー内に並べて配置したり、異なる色のボクセルを 1 つのレイヤー内に並べて配置したりすることもできます。この選択能力は世界をリードしており、材料の選択、材料特性、色のオプションのまったく新しい世界を切り開きます。
②「熱可塑性」熱可塑性。 ABS、ナイロン、TPU などの標準的なエンジニアリング熱可塑性プラスチック、さらには PEAK、PEK などの高性能熱可塑性プラスチックで作られた部品の 3D プリントが可能です。
③「電子写真式」はレーザープリンターの専門用語です。各レイヤーは、世界で最も強力な 2D プリントエンジンである Kodak NexPress™ を使用して画像化されます。
3D 印刷で電子写真法が使用されることは非常にまれであり、複数の材料と複数の色の 3D 印刷部品を可能にする重要な要素の 1 つです。
④「処理」のプロセス。独自のハードウェアとソフトウェアを組み合わせることで、制御可能で繰り返し可能な製造機能を実現します。品質、スピード、コスト、生産性の間で最良の結果を達成します。

実際、3D プリントのプロセス原理は、次の 3 つの主要なプロセスに要約できます。

△3つの主要プロセス

ステップ 1: パーツ材料とサポート材料の粉末を選択的に配置してドラムに移します。これは伝統的かつ非常に成熟した電子写真画像技術です。
ステップ 2: 転送を厳密に制御し、レイヤーを揃えて品質を確保します。
ステップ 3: 高温と圧力を使用して、3D プリント用の材料を融合して積み重ねます。
△EvolveのSTEP 3Dプリンター△STEP印刷工程
製造コストに大きな利点があります△選ばれた顧客にテストサンプルを提供し、新しい機器の評価と最適化のフィードバックに役立ちます
チルスチン氏は、部品コストがSTEPプロセスの承認を得るための最も早い方法になると述べた。射出成形と比較した 3D プリントの利点は、設計上の利点や機械加工が不要であることなど、非常に魅力的です。しかし、単位コストが高くなると、ユーザーはこれらの利点と長所および短所を比較検討せざるを得なくなります。

したがって、技術はコスト面でこの障壁を克服する必要があります。デジタル製造サービスプロバイダーである Fathom は、次のテストプロトタイプを受け取る顧客の 1 つになります。 Evolve と Fathom は、対応ソリューションをより簡単に計算および分析するための STEP コスト計算ツールを開発します。

△これは生産部品ですが、コネクタタイを含め、このブラケットを製造できるのは、現在3Dプリント技術だけです。したがって、この技術は特殊な構造において特別な利点を持っています。現在、LEGO と Stanley Black & Decker が Evolve の投資家に含まれています。特殊構造加工では、例えば、防水ボールバルブを内蔵した3Dプリントコレクターマニホールドと、関連ブラケット9個セットをこの技術で簡単に実現できます。同時に、オンデマンドで製造できるため、在庫圧力が軽減されます。

しかしチルスィズン氏は、多くの場合、新たな創造的目標はテクノロジーの二次的なものだと語る。これから重要なのは、部品加工の幅広い用途に転用する前に、その技術自体の価値が生産プロセスとして認められることだ。

Antarctic Bearは、3Dプリントは従来の製造とは根本的に異なると考えています。簡素化された製造方法は、従来の構造設計の限界を打ち破り、複雑な構造を製造し、製品のパフォーマンスを最適化することを可能にします。これにより、メーカーの生産柔軟性が向上し、生産サイクルが短縮され、製品に真に革新的な考え方がもたらされます。

しかし、チルスィズン氏が述べたように、現時点での第一の要素は、より伝統的な処理でこの技術を利用できるように、いかにコストを削減するかということかもしれない。しかし、技術と材料の進歩により、これらの問題は将来解決されるでしょう。

3D プリンティングはコスト面で従来の製造業と競争できるでしょうか? Evolveは大きな可能性を秘めた熱可塑性電子写真プロセスを選択

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