3D プリントによる部品点数の削減：そのメリットとは？

この投稿は Spectacled Bear によって 2021-11-9 09:37 に最後に編集されました。

はじめに: 3D プリントの登場により、製造時に部品の数を大幅に削減できるようになり、部品の統合製造も促進されます。
NASA やその他の公的研究によれば、例えばロケットエンジンでは 80 個の部品を 3 個に減らすことができることがわかっています。同様に、ゼネラル・エレクトリック社は、カタリスト・ターボプロップエンジンの部品800個を3Dプリント部品12個で置き換えると発表した。それにもかかわらず、VW は部品点数を減らすことが最終製品と製造にとってなぜそれほど有益であるかを完全に理解していないようです。
△NASAとロケットダインのベビーバンタム3Dプリントロケットエンジンは、部品の数を数十個から3個に大幅に削減し、開発時間を短縮し、コストを削減します。
全体として、アセンブリ内のコンポーネントの総数を減らすと、多くの利点が得られます。たとえば、留め具、接着剤、材料を排除することで、より高性能な最終部品を効率的に生産できます。留め具と機能部品の数が少ないということは、アセンブリ全体の重量が軽くなることを意味します。統合の出現により、製造もさまざまな点で変化します。部品は低コストで印刷でき、機械の稼働時間も短縮されて製造できるようになります。
さらに、3D プリントによる反復設計は、設計の変更や新しい設計の開発に関して、より安価で迅速になります。たとえば、部品の集合を保管するために必要なスペースが、単一の部品の保管スペースにまで削減され、すべての部品を個別に製造できるため、個別の作業ではなく、より適切に統合されます。部品の総数が減ると、表面積や後処理面の総面積が減り、処理コストが減り、機械稼働時間が減るなど、他の多くの変数も減り、結果としてコストも削減されます。また、QA および QC 中の処理も少なくなるため、テストが必要な部品の数も減り、コストが削減され、テストプロセスが高速化されます。同時に、統合製造によりツールの使用が削減され、Buy-to-Fly 比率が向上します。

△GE Catalystは、3Dプリント部品を採用した世界初のターボプロップエンジンです。新しい構造設計により、3Dプリントによる製造の複雑さが軽減され、構造の最適化により、従来のプロセスで製造していた855個の部品を12個に削減しました。部品数の削減により、生産効率が大幅に向上し、エンジンの重量が5％軽減され、燃費が1％向上し、3Dプリント統合製造のメリットが実証されました。
使用される材料の量を減らすことによって部品の数を減らすことによる全体的な影響は、より複雑になります。たとえば、留め具を取り外したり、部品を統合したり、部品の形状を変更したりすると、最終的な部品の外観が大幅に変わる可能性があります。部品数が少なく、重量が軽く、製造が集中化されているため、輸送コストも削減されます。材料、輸送、機械の稼働時間が減れば、排出量やエネルギー使用量も減り、全体的な持続可能性が向上します。また、部品、工具、材料が減れば保管コストも全体的に削減され、保管時間と工場の保管スペース要件、および関連する付随費用が大幅に削減されます。 3D 製造による資本節約はそれだけではありません。 3D プリントを使用すると、新製品の発売前にツールやスペアパーツに投資する費用を削減でき、必要なときにツールを保管しておくことができます。スペアパーツの資金が削減されると、倉庫や人員運用などのコストがさらに削減されます。
△中間フレームアセンブリは、従来の300個の部品から1個に最適化されました。部品の観点から見ると、3Dプリントにより、ツールを変更することなく部品をより迅速に再設計できます。同時に、部品の再設計がより安価かつ迅速になります。分散生産は、空間的な観点から倉庫や物流を簡素化することもできます。しかし、部品を統合すると、最終的な部品がより大きく複雑になるため、部品が壊れたときに部品メーカーのコストが増加します。これはユーザーにとって利点ではないかもしれませんが、MRO やスペアパーツの交換時にオペレーターの作業が容易になるという利点があります。これに基づいて、MRO およびスペアパーツサービスプロバイダーは、より高価な部品を販売し、より簡単な操作を行うことで、より多くの利益を上げることができます。
3D プリントの登場により、特に 1 つの新しい部品を操作して他の部品に影響を与えることができる場合、設計の反復がより迅速かつ容易になりました。輸送コストが削減されるため、サプライヤーの発注リスクも相対的に削減されます。新製品に必要なキャッシュフローと設備投資が削減されるため、企業は市場に迅速に対応し、新しい競合他社、ニッチ市場、またはアプリケーションに合わせて製品を変更できるようになります。つまり、将来の製品のアップデートはより速く、より安価になります。
△ 統合により製造効率が向上します。部品が少ないとサービスコストが削減され、部品交換にかかる時間も短縮されるため、全体的なダウンタイムが短縮され、メンテナンスコストを削減できます。再設計コストが低くなるため、一部の企業は製品バージョンの作成に積極的に取り組んだり、品質の向上により多くのリスクを負ったりすることができ、間接的に製品ポートフォリオ、特許、テクノロジーの継続的な開発を促進することができます。組み立て時間と手順の削減により、作業者のエラー率が低下し、留め具、接着剤、材料間の干渉のリスクがなくなり、材料の不良が減少し、全体的な生産速度が大幅に向上します。さらに、自動化されたプロセスにより、人的要因による干渉を排除しながら、製造の信頼性と再現性を高めることができます。これにより、将来的には新製品の市場投入までの時間が短縮され、関連企業の将来の市場での競争力が高まります。

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