ラピッドマニュファクチャリングガイド

新興または拡大するビジネスにとって、製品をより早く市場に投入するためのソリューションを探すことが重要です。ラピッドプロトタイピングは、生産の柔軟性を促進および向上させ、カスタマイズされた製品や少量のシリーズ部品の従来の製造に関連する時間とコストを削減するのに役立ちます。

このガイドでは、現在利用可能なさまざまなラピッド製造方法とソリューション、およびそれらを使用してビジネスに適したものを選択する方法について学びます。

ラピッドマニュファクチャリングとは何ですか？

ラピッドマニュファクチャリングは、カスタマイズされた製品、少量の連続製造、またはブリッジ製造用の最終用途部品の迅速かつ柔軟な製造を可能にするさまざまな製造プロセスを表しています。

射出成形や鋳造などのほとんどの従来の製造プロセスでは、製造に費用と時間がかかる工具が必要です。対照的に、迅速な製造プロセスにより、より低いコストと時間で複雑な部品を製造できます。

ラピッドマニュファクチャリングにはさまざまなプロセスがあります。たとえば、アディティブマニュファクチャリング、CNC機械加工、ラピッドツーリングなどです。これらの方法のほとんどは、デジタル設計とソフトウェア自動化を組み合わせて製造プロセスを加速します。

ラピッドマニュファクチャリングとラピッドプロトタイピング

ラピッドプロトタイピングは、製品開発中に3次元コンピューター支援設計（CAD）データを使用して、物理部品またはアセンブリの縮尺モデルを迅速に作成するために使用される技術のグループです。ラピッドプロトタイピングにより、設計者とエンジニアはCADデータからこれまでになく高速にプロトタイプを直接作成し、実際のテストとフィードバックに基づいて設計の迅速かつ頻繁な改訂を実行できます。

これらの部品またはアセンブリは通常、従来のサブトラクティブ法とは対照的に、アディティブファブリケーション技術を使用して構築されるため、このフレーズはアディティブマニュファクチャリングおよび3Dプリントと同義になりました。

ラピッドプロトタイピングツールが何年にもわたって開発され続けているため、企業はこれらの同じ技術を使用して最終用途の部品を作成できるようになりました。弾力性のある材料とコストの削減のおかげで、企業はますますこれらのツールを利用して従来の製造ツールを置き換えたり、ワークフローを補完して完成品の迅速な納品を促進したりできます。

ラピッドマニュファクチャリングとアディティブマニュファクチャリング

アディティブマニュファクチャリング（AM）または3D印刷技術は、物理的な部品が作成されるまで材料を層ごとに連続して追加することにより、コンピューター支援設計（CAD）モデルから3次元部品を作成します。

AMテクノロジーは工具を必要とせず、プロトタイピングや製造のための複雑な設計を作成する可能性があります。そうしないと、コストや時間がかかりすぎるため、幅広いエンジニアリングおよび製造アプリケーションに最適です。

アディティブマニュファクチャリングテクニックは、新しい部品を作成する方法としてラピッドマニュファクチャリングが依存するプロセスの一部です。迅速な工具を製造することにより、付加的な製造は、従来の製造プロセスに関連するリードタイムとコストも削減できます。

ラピッド製造方法

ラピッドプロトタイピングは、製品を作成するためにさまざまなツールとプロセスに依存しています。これらには、積層造形、CNC機械加工などの減法混色工具、および従来の製造方法用の高速工具が含まれます。

アディティブマニュファクチャリング

溶融堆積モデリング（FDM）

FDM 3D印刷は、溶融フィラメント製造（FFF）とも呼ばれ、熱可塑性フィラメントを溶かして押し出すことによって部品を構築する3D印刷方法であり、プリンターのノズルが構築領域に層ごとに堆積します。

FDMは、消費者レベルで最も広く使用されている3D印刷の形式であり、趣味の3Dプリンターの出現に後押しされています。ただし、工業用FDMプリンターは、設計の専門家とメーカーの両方に人気があります。

FDMは、他のプラスチック3D印刷プロセスと比較した場合、解像度と精度が最も低く、複雑な設計や複雑な機能を備えた部品を印刷するのに最適なオプションではありません。より高品質の仕上げは、化学的および機械的研磨プロセスによって得られる可能性があります。産業用FDM3Dプリンターは、これらの問題のいくつかを軽減するために可溶性サポートを使用しています。

FDMは、ABS、PLA、およびそれらのさまざまなブレンドなど、さまざまな標準的な熱可塑性プラスチックで機能します。工業用FDMプリンターは、幅広いエンジニアリング熱可塑性プラスチックまたは複合材料も提供します。製造の場合、FDMプリンターは、通常は機械加工される可能性のある部品など、単純な部品の製造に特に役立ちます。

ステレオリソグラフィー（SLA）

SLA 3Dプリンターは、レーザーを使用して、光重合と呼ばれるプロセスで液体樹脂を硬化プラスチックに硬化させます。 SLAは、その高解像度、精度、および材料の多様性により、専門家の間で最も人気のあるプロセスの1つです。

SLAパーツは、すべてのプラスチック3D印刷技術の中で最高の解像度と精度、最も鮮明なディテール、および最も滑らかな表面仕上げを備えていますが、SLAの主な利点はその汎用性にあります。材料メーカーは、標準、エンジニアリング、および工業用熱可塑性プラスチックの特性に一致する、幅広い光学的、機械的、および熱的特性を備えた革新的なSLAフォトポリマー樹脂配合を作成しました。

SLAは、金型、パターン、その他の機能的な最終用途部品など、厳しい公差と滑らかな表面を必要とする非常に詳細な部品に最適なオプションです。 SLAは、歯科から宝飾品、ヘルスケア、モデル作成、そしてますます消費者向け製品に至るまで、さまざまな業界で迅速な製造に使用されています。

SLA 3D印刷は、カスタムイヤホン、医療用綿棒、靴底の迅速な製造など、さまざまなアプリケーションに使用できます。

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選択的レーザー焼結（SLS）

選択的レーザー焼結は、産業用アプリケーションで最も一般的な積層造形技術であり、強力で機能的な部品を製造できることで、さまざまな業界のエンジニアやメーカーから信頼されています。

SLS 3Dプリンターは、高出力レーザーを使用してポリマー粉末の小さな粒子を融合します。溶融していない粉末は、印刷中に部品をサポートし、専用のサポート構造の必要性を排除します。これにより、SLSは、内部の特徴、アンダーカット、薄い壁、ネガティブな特徴などの複雑な形状に最適です。 SLS印刷で製造された部品は、射出成形部品に似た強度で、優れた機械的特性を備えています。

SLS 3D印刷は、小ロット製造、マスカスタマイゼーションされた消費者製品、交換部品などのアプリケーション向けの強力で機能的な部品を製造できます。

製造では、SLS 3D印刷は、小ロット製造、新しいマスカスタマイゼーション消費者製品の製造、交換部品の製造、および長持ちする耐久性のあるジグと固定具（クリップやクランプなど）および工具に使用されます。 SLSは、義肢、装具（四肢の交換+ブレース）、手術モデル、ツールなど、すぐに使用できる患者固有の医療機器を社内で製造するためにも使用できます。

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CNCツール

コンピューター数値制御（CNC）ツールは、FDM、SLA、またはSLSとは異なり、サブトラクティブ製造プロセスです。それらは、プラスチック、金属、またはその他の材料の固いブロック、バー、またはロッドから始まります。これらの材料は、切断、穴あけ、穴あけ、および研削によって材料を除去することによって成形されます。

CNCツールには、回転ツールと固定部品（フライス盤）または固定ツールと回転部品（旋盤）のいずれかによって材料を除去するCNC機械加工が含まれます。レーザーカッターは、レーザーを使用して、さまざまな材料を高精度で彫刻または切断します。ウォータージェットカッターは、研磨剤と高圧を混合した水を使用して、事実上すべての材料を切断します。 CNCフライス盤と旋盤は複数の軸を持つことができるため、より複雑な設計を管理できます。レーザーおよびウォータージェットカッターは、平らな部品に適しています。

CNCツールは、プラスチック、軟質金属、硬質金属（産業機械）、木材、アクリル、石、ガラス、複合材料から部品を成形できます。迅速な製造のために、それらは、カスタムまたは少量の最終用途部品、構造部品、および幅広い産業向けの工具を製造するのに理想的です。

アディティブマニュファクチャリングツールと比較して、CNCツールはセットアップと操作がより複雑ですが、一部の材料と設計では、特別なツール、取り扱い、位置決め、および処理が必要になる場合があります。これにより、追加プロセスと比較して1回限りの部品のコストが高くなり、小規模な生産工程に適しています。

高速ツーリング

ハイブリッド製造は、ラピッド製造ツールと射出成形、熱成形、鋳造などの従来の製造プロセスを組み合わせたものです。柔軟性、敏捷性、拡張性、およびコスト効率を改善することにより、生産プロセスを強化します。その結果、メーカーは変化するビジネスニーズに迅速に対応できます。

製品パッケージを真空成形するための3Dプリント金型。

• ツーリング

工場の床の過酷さに耐え、最も困難な製造上の課題を解決するのに役立つカスタムツールを構築します。射出成形からCNCチューブ曲げに至るまでのアプリケーション向けに工具を直接印刷することにより、製造プロセスを検証し、DFMの問題を解決し、柔軟性を高めます。

• ジグと固定具

最小注文数量、ツールパスプログラミング（3D印刷用）、幅広い材料選択、低資本設備コストなしで、治具と固定具の生産を社内に持ち込むことで、コストを削減し、敏捷性を高めます。製品を継続的に改善し、組み立てまたはQAプロセスを改善するジグと固定具を使用して、製造ラインの問題に迅速かつ効果的に対応します。

白書

3Dプリント金型による少量の急速射出成形

射出成形プロセスで3D印刷された金型を使用してコストとリードタイムを削減し、Braskem、Holimaker、およびNovusアプリケーションの実際のケーススタディを確認するためのガイドラインについては、ホワイトペーパーをダウンロードしてください。

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ジグの設計＆amp; 3Dプリントによる備品

ホワイトペーパーをダウンロードして、治具や固定具の製造コストとリードタイムを削減します。

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適切なラピッド製造プロセスの選択

製造プロセスは絶えず進化しているため、設備、材料、規模の経済の改善により、ある技術から別の技術に移行することが理にかなっている変曲点が変化しています。

ハードウェアと材料が改善され、部品あたりのコストが下がり続けているため、ラピッドマニュファクチャリングツールは、少量から中量の幅広いアプリケーションに対応しています。

ラピッド製造プロセスを選択するときは、次の要素を考慮してください。

• フォーム： 部品に複雑な内部機能や厳しい公差要件がありますか？設計の形状によっては、製造オプションが制限されている場合や、製造を経済的に行うために製造（DFM）最適化のための重要な設計が必要な場合があります。

• ボリューム/コスト： 製造を計画している部品の合計または年間量はどれくらいですか？一部の製造プロセスでは、工具とセットアップの初期費用が高くなりますが、部品ごとに安価な部品が製造されます。対照的に、少量の製造プロセスは初期費用が低くなりますが、サイクルタイムが遅く、自動化が少なく、手作業が少ないため、部品あたりのコストは一定のままであるか、量が増えるとわずかに減少します。

• リードタイム： 部品や完成品をどれくらい早く生産する必要がありますか？一部のプロセスでは24時間以内に最初の部品が作成されますが、特定の大量生産プロセスの工具とセットアップには数か月かかります。場合によっては、迅速な工具でこのリードタイムを大幅に短縮できます。

• 素材： あなたの製品はどのようなストレスや緊張に耐える必要がありますか？特定のアプリケーションに最適な材料は、いくつかの要因によって決定されます。コストは、機能的および美的要件とバランスを取る必要があります。特定のアプリケーションの理想的な特性を検討し、それらを特定の製造プロセスで利用可能な選択肢と対比させます。

アウトソーシングと社内生産

ラピッドマニュファクチャリングツールの力を活用しようとしている企業は、サービスビューローに作業をアウトソーシングするか、社内で生産するかを選択できます。

3D Hubs、Protolabs、Fictiv、またはローカルサービスビューローなどの企業は、オンデマンドで製造およびラピッドプロトタイピングサービスを提供しています。これらの支局では通常、加法混色と減法混色の両方のプロセスを含む、複数のテクノロジーを利用できます。

サービスビューローへのアウトソーシングの主な欠点は、コストとリードタイムです。ラピッドプロトタイピングの最大の利点の1つは、従来の製造方法と比較してその速度です。これは、外部委託された部品が到着するまでに1週間または数週間かかるとすぐに低下します。

部品の製造をアウトソーシングすることも、多くの場合非常に費用がかかります。しかし、部品の数と印刷量によっては、3Dプリンターに投資して社内で印刷するだけで、数か月以内でも損益分岐点に達する可能性があります。

ラピッドマニュファクチャリング入門

従来の方法は、大量生産に適しているため、依然として製造に適しています。しかし、企業はますます、小規模生産を実行する方法としてラピッドプロトタイピングに目を向けています。この変化には、技術の進歩と、高速生産ツールやハイブリッド製造などの有益な関連プロセスが影響を及ぼします。

Formlabsが、手頃な価格の高性能3Dプリンターを使用する企業が、社内のラピッドプロトタイピングにアクセスできるようにする方法をご覧ください。