将来、3D プリンティングが従来の製造業に取って代わるでしょうか?積層造形の専門家が大規模商業生産などの問題について議論

2022年3月の3Dプリントの将来はどうなるのでしょうか? 3D プリンティングと現代の伝統的な産業が発展し続けるにつれて、3D プリンティングは伝統的な製造業に取って代わるのでしょうか?大規模 3D プリントを実現する上での今後の課題は何でしょうか?次のニッチな応用技術になるのでしょうか?それとも大量生産と組み合わせて使用されるのでしょうか?一般的に使用されるのでしょうか?それとも、一部の業界だけでしょうか? Antarctic Bear は、上記の質問に対する業界の専門家からの回答をいくつかまとめました。

質問 1: 3D プリンティングは従来の製造業に取って代わるでしょうか?

ReThink Additive の 3D プリントコンサルタントである Oliver Smith 氏は、次のように指摘しています。「かつては 3D プリントが従来の製造業に取って代わるだろうと想像していましたが、まだそうなっていません。」

「同様のシナリオでは、3D プリンティングは従来の産業システムにおける大量生産に取って代わることはありません。確かなのは、3D プリンティングと従来の産業を使用して同じ部品 (非射出成形) を製造する場合、3D プリンティングはプロセスチェーンを大幅に圧縮したり、革新的な設計と処理中に従来の製造方法では対応できないカスタマイズされた機能を追加したりできることです。これは間違いなく、将来的に大規模に開発され、利用されるでしょう。たとえば、人間工学に基づいてカスタマイズされた矯正器具や義肢、高度に調整された格子構造を持つ整形外科用インプラント、デジタルスキャンデータから直接生成されたカスタマイズされた歯科用矯正器具などです。」

ここでオリバー氏が指摘するのは、3D プリントの真に有意義な使用法です。彼は、見落とされがちな点を指摘していますが、これは「プロセスチェーンを圧縮する」状況では非常に役立ちます。処理時間を大幅に短縮するだけでなく、従来の業界と比較して、時間、プロセス、ツール、コスト、必要な参加者数など、さまざまな点でメーカーとユーザーの両方にメリットがあり、これらはすべて独自の利点です。

時間だけをプロセス関連の唯一の変数として見ていると、3D プリントの他の利点を見逃してしまうことになります。航空、医療、石油プラットフォーム、極秘プロジェクト、ITAR などのプロジェクトに携わっている場合、3D プリントには「高速」というだけではない独自の利点があることに気づくでしょう。

質問 2:大規模3D プリントを実現する上での将来の課題は何ですか?

オリバー氏は、3D テクノロジーは、独自の構造や N=1 製品など、より複雑な形状を生成できるため、従来のプロセスよりも優れた部品を製造できると考えています。これは、今後注力すべき要素です。しかし、実際にこれらのものを大規模に作ろうとすると、どのような課題が待ち受けているのでしょうか?

△ 3Dプリントにより最適化された複雑な流体マニホールド。画像提供：3D Systems
「特定の形状に合わせてカスタム金型やツールを作ったり、フライス盤を特定の部品を作るようにプログラムしたりすると、従来の製造はすぐに高速化と低コスト化が実現します。これは特に単純な構造の場合に当てはまります。複雑な構造や少量生産の部品の場合、積層造形はすでに競争力があります。しかし、従来のプロセスと競争できるようになるには、積層造形をより高速かつ低コストにする必要があります。

3D プリンティングが直面している問題の 1 つは、多くの設計者が従来の製造上の制約を考慮して部品を設計せざるを得ないことです。製造される部品は、従来の機械加工構造になる傾向があります。従来の製造方法よりも優れたものを作るために、今後はより多くの設計者が、複雑な幾何学的構造を構築する 3D プリントの能力を最大限に活用して、性能とコンポーネントの統合性を高める設計を推進する必要があります。 ”

△3Dプリントされた燃料バーナー。画像提供：3D Systems
ブレント氏の答えは一見単純に思えるかもしれませんが、彼は、初期費用や金型製造の高速化など、従来の印刷から 3D 印刷に切り替える際によく挙げられる理由について触れています。 3D プリントに対するデザイン感度と自己認識の欠如は、将来の発展の障害となります。

しかし、ブレントが本当に強調した重要な点は、3D プリントされたビルド内での複雑な形状の開発でした。これは、見落とされがちなもう一つの非常に正確な概念です。複雑な部品やアセンブリを作るのはコストがかかると考えられていますが、3D プリントを使用して複雑なコンポーネントを作れば、製品全体を斬新な方法でよりコスト効率よく製造できます。

質問 3: Stratasys の戦略的成長担当上級副社長である Pat Carey 氏は、企業間の 3D プリンティングに関する人材不足と認識不足が大きな問題であると考えています。

「付加製造分野でのキャリアのチャンスは、こうした職種に就くための訓練を受けている人々の数をはるかに上回っています。私たちは、職業学校、大学、専門教育機関、中等教育機関と協力して、付加製造分野の教育と訓練の発展を促進しています。」

パットが指摘した非常に重要な点は、企業は自社にとっての 3D プリントの有効性を計算する方法を知らないことが多いということです。

△医療用3DプリントにStratasys社のJ750デジタルプリンターを使用。画像提供：Stratasys
「企業はまた、付加製造が製造業務にどのようなメリットをもたらすか、またそれをどのように実行するかについての ROI/ビジネスケースを定義する支援も必要としています」とパットは述べています。「この技術が利用可能であることはわかっていますが、どの技術、どの材料、どのアプリケーションが最適か、付加的な部品コストと従来の部品コストの比較、製造プロセスのより多くの領域でROIを活用する方法、部品統合の価値、人件費の削減について、顧客に教育する必要があります。」

3D プリントの知識がなければ、企業はお金と時間を失う可能性があります。たとえば、ビルドチャンバー内の部品間の適切な間隔を考慮していなかった、またはマシンのビルド間のターンアラウンド時間が 8 時間であることを知らなかったという単純な問題により、進捗が遅れたケースがあります。これらは単純なことのように思えますが、非常に重要なので、理解したときにのみ明らかになります。企業に適切な知識を提供することで、企業が 3D プリントを効果的に活用できるよう真に支援できます。

△由来歯科技工所に1つ。画像提供：Stratasys
質問4: パットが提案したもう一つのアイデアは、3Dプリントを従来の産業システムとリンクさせることです。

パット氏は、「インダストリー4.0の時代に対応するには、製造業者はIIoT（産業用モノのインターネット）を最大限に活用する必要があります。3Dプリンターは産業システムの一部にすぎません。企業はITチームと緊密に連携し、エンジニアリングツールとしてだけでなく、製造業でも3Dプリンターを活用できるようにする必要があります」と述べました。

多くの人はそれについて十分に考えていないと思います。 3D プリンティングが従来の産業に取って代わることはないということはわかっていますが、同時に、3D プリンティングは孤立しているように感じます。現状では、ERP や他のツール、他のアプリケーション、そして企業全体と統合する方法があまりに少ないです。今後は、企業の基本的な製造設備を可能な限りすべて活用し、それらと連携できるように努めていきます。

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