ラピッド製造が従来手法を上回る理由：主要メリットを解説

量産においては、従来の製造手法が依然として他の生産技術より優位です。しかし、ラピッド製造とプロトタイピングは設計と生産プロセスの不可欠な一部となり、ビジネスがコンセプトを迅速かつコスト効率よく具現化するのを支援しています。

ラピッド製造は通常、積層造形（一般に3Dプリンティングとして知られる）、真空鋳造、CNC加工、ラピッドツーリングを中心に展開し、3D CADモデルから物理的な部品や製品を迅速に製造できる能力で評価されています。

過去には、ラピッド製造は主にプロトタイピングとテストに限定されていました。さまざまな技術が大量生産をコスト効率よく行えなかったためです。しかし、材料、公差、価格、速度の最近の進歩により、より実現可能な製造オプションとなっています。

3ERPでは、あなたの製品や部品を可能な限り迅速に製造する複数のラピッド製造・プロトタイピングサービスを提供しています。これにより、プロジェクトをできるだけ早く市場に投入でき、結果として間接費の削減と利益の増大につながります。

従来製造と比較すると、ラピッド製造は多くの設計者、エンジニア、企業にとってより実行可能なオプションであることが証明されています。また、両技術を組み合わせることで、設計を現実のものとする最も実践的な道筋を得られることもあります。

それでも、ラピッド製造が従来製造より優れている点（およびその逆）はいくつかあり、それらを知ることで、予算を超過せず、時間を無駄にせずに製品開発プロセスを進められます。

ラピッド製造が従来技術より優れているさまざまな利点と、これらの技術を自社ワークフローに統合すべきタイミングを見ていきましょう。

ラピッド製造の利点：積層造形

おそらく最も人気があり広く認識されているラピッド製造の形態である積層造形（3Dプリンティング）にはいくつかの異なる技術が含まれます。しかし、このプロセスの基本はCAD設計を層ごとに積み上げることです。3ERPはFDM、SLA、SLS、SLM技術を含む幅広い積層造形サービスを提供しています。

• 概念実証（Proof of concept） — 最近のラピッド製造ブーム以前、多くの設計者とエンジニアはデジタル解析とバーチャルシミュレーションに頼って製品設計の実現可能性を検証していました。しかし3Dプリンティングなら、機能的プロトタイプを低コストで迅速に製造し、実環境でテストできます。さらに、この迅速なターンアラウンドにより、設計者は低コストで概念を修正・最適化・再製造でき、量産出荷前にすべてが機械的に健全であることを確認できます。
• 短納期（Fast turnaround time） — 「ラピッド」製造・プロトタイピングと呼ばれる所以です。3Dプリンティング技術の主な利点の一つは、非常に迅速なターンアラウンドタイムを提供することです。設計を最も速く物理的に具現化したいなら、積層造形以上の選択肢は見つからないでしょう。設計をより速く物理化できるほど、将来的な労務費と生産コストをより多く節約できます。
• 複雑な部品の製造能力 — 3Dプリンティングのようなラピッド製造技術は、工具やその他の高価な装置を必要とせずに複雑な部品を製造できます。従来製造では、設計に複雑な形状やキャビティを実装するには通常工具の追加が必要で、生産コストが容易に跳ね上がります。しかしラピッド製造ならこれらの複雑さを容易に克服でき、設計者とエンジニアが従来製造向けに最適化できます。
• 材料廃棄とコストの削減 — 積層造形の最も過小評価されているメリットの一つは、材料廃棄の削減です。CNC加工のような減算製造プロセスとは異なり、3Dプリンティング技術は部品に必要な分の材料のみを使用し、層ごとに積み上げます。ラピッド製造は不要な材料廃棄を排除するため、材料コストの節約にもつながります。
• カスタマイズ — 射出成形のような大量生産技術を使用すると、製造される製品や部品は変わりません。しかし、企業が設計にパーソナライゼーションを加えたい場合、ラピッド製造がカスタマイズ生産の最も実行可能なオプションです。3Dプリンティングはまだ従来手法の大量生産能力には及びませんが、多くの企業がカスタム設計製品や部品の小ロット生産にラピッド製造を採用しています。
• 設計欠陥の特定 — ラピッド製造手法でプロトタイプを製造する際、設計者とエンジニアは量産に出す前に物理モデルの潜在的な欠陥や弱点を特定できます。3ERPのような積層造形サービスは迅速なターンアラウンドと手頃な価格を提供するため、設計を速くコスト効率よく検証できます。また、量産前に設計欠陥を特定できることは、長期的に計り知れないコスト削減につながります。

ラピッド製造の利点：CNC加工

CNC加工は、フライスヘッドを用いて固形ブロックから指定された設計を削り出すラピッド製造プロセスです。積層造形とは異なり、CNCは減算製造の一形態と見なされ、両方ともラピッド製造プロセスに分類されますが、それぞれ全く異なる利点を提供します。

• 同一製品を数千回複製可能 — CNC加工の主な利点の一つは、同一パーツを大量生産できることです。したがって、数千回複製が必要で、高い繰り返し精度も求められる設計がある場合、このラピッド製造技術が最適です。
• 生産柔軟性の向上 — 3ERPのCNC加工サービスを利用すれば、従来型工作機械を使用する場合と比べて遥かに高い生産柔軟性が得られます。さらに、ラピッド製造にこの技術を用いることで、同一モデルを繰り返し製造する際に高精度と一貫性を常に確保できます。
• プロトタイピングフェーズをスキップ可能 — プロトタイピングを省いてできるだけ早くプロジェクトを市場に出したい場合、CNC加工ソフトウェアが部品や製品のテストと品質保証チェックを処理できます。これにより、プロトタイピングが困難で時間のかかる複雑なオブジェクトを設計し、CNCソフトウェアシミュレーションで検証してから量産に移行できます。
• 人件費と生産時間の削減 — CNC加工のもう一つの利点は、技術が人的監視をほぼ必要としないことです。技術的には24時間連続稼働可能です。これにより人件費を削減し、製品ターンアラウンドを短縮できます。

ラピッド製造の利点：真空鋳造とラピッドツーリング

3ERPは真空鋳造とラピッドツーリングによるラピッド製造サービスも提供しており、両方とも射出成形より安価に、迅速に金型を反復作成するのに最適です。真空鋳造プロセスは、二分割金型を真空チャンバーに配置し、溶融金属を金型に引き込み、炉で凝固させるものです。ラピッドツーリングでは、ビルドコアとキャビティインサートを開発して機能的な最終用途製品を作成できます。

• 比較的短い納期 — 3ERPのラピッド製造サービスで真空鋳造を利用すれば、設計の複雑さに関わらず約2週間の短納期を確保し、製品を市場に送り出せます。ラピッドツーリングも同様で、高品質なアルミニウムプロトタイプ金型工具、硬化鋼工具、さまざまな色と仕上げのプラスチック射出成形を製造可能です。ラピッドツーリングは少量生産とフル生産の両方に最適な選択肢です。
• 低コストの金型と工具 — 真空鋳造をラピッド製造ツールとして使用すると、発泡材やエポキシなどの安価な材料で低コストのパターンと金型が作れます。3ERPの真空鋳造サービスでは最大20部品まで使用可能なシリコン金型を作成し、総合コストを削減します。同様に、ラピッドツーリングは極めて大量の生産を迅速かつコスト効率よく実現する手段です。例えば、3ERPのアルミニウムプロトタイプ金型工具によるラピッド製造では、工具コストを15〜25%削減し、サイクルタイムも40%短縮できます。
• 高い繰り返し精度 — 3ERPの真空鋳造サービスでは、一つの金型で最大25個の設計コピーを作成でき、生産目的で高い繰り返し精度を提供します。しかしラピッドツーリングが最高の繰り返し精度を誇り、射出金型で10万〜数百万個の同一設計を製造可能です。

プロジェクトに最適なラピッド製造プロセスの選択

すべてのラピッド製造サービスが同じではありません。ここでは最も一般的なタイプとそのメリットを紹介します。

コンピュータ支援製造（CAM）

ラピッドプロトタイピングは、木製家具から航空機部品まであらゆるものの生産を促進する安価な手段となりました。小規模企業でも、プロトタイプから最終製品開発まで、ラピッド製造、すなわちコンピュータ支援製造（CAM）に投資できるほど安価になりました。積層造形にはいくつかの基本形態があり、すべて従来の減算製造プロセスより廃棄材料が少ないです。専門的なモデリングソフトウェアを使用し、技術者がコンピュータ画面上のビジュアルモデルを正確にレンダリングした物理モデルを生産するよう機械をプログラミングできます。

光造形法（SLA）

光造形法（SLA）は最も速く、最も安価なラピッド製品プロトタイピング手法の一つです。シンプルな部品なら数時間でプリント可能です。液体ポリマーをレーザービームで成形し、プロトタイプの設計を層ごとにトレースします。各層は前の層に接着し、三次元オブジェクトを形成します。この光重合プロセスで作られるモデルは、設計の形状と機能をテストするのに使用できます。1984年に最初の特許を取得し、一般的なプロトタイピングや医療用途の解剖学的モデリング（MRIやCTスキャンで人体部品を再現）に使用されています。

熱溶解積層法（FDM）

熱溶解積層法（FDM）は、ワックスやポリカーボネートでプロトタイプ部品を形成するのに使用されますが、SLAほど詳細な出力は得られないことが多いです。溶融熱可塑性材料の連続フィラメントがコイルからプリンターエクストルーダーヘッドを通じて供給され、ノズルからフラットベッドに押し出されます。コンピュータ制御でマシンヘッドが二次元に動き、部品の各層を形成します。ホビイストによく使用されますが、メーカーも耐熱性があり激しい機能テストに耐える部品の作成に使用します。

選択的レーザー焼結法（SLS）

選択的レーザー焼結法（SLS）はSLAと同様の積層プロセスですが、粒子を融合させます。金属、プラスチック、セラミック粉末のプロトタイプを安価に作成できます。欠点はプロセスがやや遅いことですが、航空宇宙、産業、医療、防衛用途におけるCNC加工、3Dプリンティングとスキャン、射出成形、その他製造能力に頻繁に使用されます。SLSは消費者製品の開発にも使用可能です。

電子ビーム溶解法（EBM）

電子ビーム溶解法（EBM）は、粉末を層ごとに溶かして強固な固体コンポーネントを形成することで金属部品を製造します。追加の熱処理は不要で、部品は通常非常に望ましい表面仕上げを持ちます。コンポーネントサイズは制限されます。EBMプロセスは真空中で行わなければならないためです。一方、積層物体製造（LOM）を選択すれば紙を基材として使用できます。紙層はSLA生産時の光重合体と同様に形成されます。LOMユーザーは寸法精度がやや劣るものの、入手しやすい材料で安価にプロトタイプを形成できます。

これらはプロトタイプや完成品の作成に使用できるラピッド製造プロセスの一部です。それぞれに利点と欠点があります。用途に適したプロセスやサービスを選べば、設計、テスト、生産プロセスをほぼ推測なしで迅速化でき、最終製品の外観と機能を把握できます。

ラピッド製造が典型的な産業待機期間を打破

抜粋

自社製品で最初に市場に参入したいですか？ もちろんです。そうすれば業界をリードできます。ラピッド製造が典型的な産業待機期間をどう打破するか学びましょう。

記事

スピードが命です。グローバル製造は進化し続けています。出遅れれば後れを取ります。ラピッドプロトタイピングと少量生産が典型的な産業待機期間をどう打破するか学びましょう。市場投入が速くなり、競争優位性を獲得できます。

ラピッド製造がライフサイクルを改善

ゲートを最初に出れば、明確な優位性があります。業界リーダーになれます。他社はあなたの提供するものを提供できません。成功率が高まります。売上を伸ばし、より良いROIを獲得できます。光学、自動車、医療機器、航空宇宙業界での経験があります。プロジェクトがどれほど複雑でも、成功させる能力があります。すべての製品に柔軟な設計オプションを作ります。プロジェクトにタイトなターンアラウンドが必要なことを理解しています。アジャイルなので、顧客ニーズにリアルタイムで対応できます。速く始めれば市場シェアを獲得できます。人気により製品ライフサイクルを延長できます。

ラピッド製造と従来製造は共存可能

ラピッド製造と他の従来生産手法が大きく異なり、それぞれ相手より優れたメリットを持つことは否定できません。しかし、最終的に企業ができる最善の決断は、両方を最大限に活用することです。ラピッド製造はプロトタイピング、小ロット生産、カスタマイズ可能なコンポーネントに最適です。ラピッド製造で設計を反復させることで、コストと時間を節約でき、結果として量産へのより速く安価な道筋が生まれます。

現時点では、従来製造は依然として大量の同一設計反復において有利です。しかし、積層造形、CNC加工、真空鋳造、ラピッドツーリングにおける技術的進歩が継続的に起きており、ラピッド製造と従来手法の隔たりは急速に縮まっています。

簡単に言えば、ラピッド製造は現在プロトタイピングと短期生産に最適ですが、真空鋳造とラピッドツーリングは大量生産の実行可能な選択肢であることが証明されつつあります。

ラピッド製造と従来製造のどちらを利用すべきか詳しく知りたい場合は、3ERPの専門チームにお問い合わせください。