製造プロトタイピングプロジェクトのための3つの実証済み戦略

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投稿日：2019年8月2日 | 執筆：Hazel、WayKenプロジェクトマネージャー

プロトタイピングプロジェクトは、代替案のテストと設計の検証のために物理的な形を作成・モデリングする役割を果たします。システム分析と設計におけるプロトタイピングは、最終製品が完成するまで何度も繰り返されます。WayKenの言葉を借りれば、ほぼすべての新製品が世に出る前にプロトタイプのサンプルを必要とします。

プロトタイププロジェクトとは

プロトタイピングモデルとは、プロトタイプを構築し、テストし、許容できるプロトタイプが最終的に達成されるまで必要に応じて再加工するシステム開発手法です。そこから完全なシステムや製品を開発できるようになります。プロトタイピングの種類は、段階によって材料、規模、技術応用が多様ですが、進化型プロトタイピングは新製品の実現に大きく貢献します。

プロトタイピング技術は大きく分けて3種類あります：ラピッドプロトタイピング、CNC加工、ラピッドツーリング。それぞれ独自のメリットがあり、状況に応じて使い分けられます。これらは通常、プロトタイピングプロジェクトの3つのプロジェクト管理ステップと見なせます。

プロトタイピングプロジェクトを導く3つの主要ステップ

ステップ1：ラピッドプロトタイピング

プロトタイピングプロジェクトの初期段階では、3Dプリントによるラピッドプロトタイピングが、設計アイデアを実物に素早く、容易かつコスト効率よく具現化する方法です。3Dプリントによるプロトタイプモデルは、設計からルックスライクなオブジェクトを最初に作成できます。一般的に、3Dプリントで作成されるプロトタイプモデルは短期間の外観確認用です。例えば、デザイナーがフォーカスグループへのプレゼンテーション前にプロトタイプモデルを用意し、設計の説得力を高める場合などです。

以下の場合、3Dプリントの選択が適しています：

• 低コストのプラスチックプロトタイプモデルが必要
• 非常に複雑な形状のパーツが必要
• 2〜5日という短納期が必要
• 特殊材料が必要

ステップ2：CNC加工

CNC加工は、CADデータから直接、優れた物理的特性を持つ高精度パーツを製造します。開発者は、単なる外観確認だけでなく機能テストを行うためのプロトタイプモデルを必要とする場合、CNC加工プロジェクトに進みます。WayKenのように20年のCNCプロトタイピングサービス経験を持ち、3軸と5軸の両方を備えたメーカーであれば、プロトタイピングプロジェクト向けに複合加工ソリューションを提供し、高精度パーツの実現とコスト削減の両立が可能です。

一般的な経験則として、減材プロセスで限られた工数で製造可能な比較的シンプルな形状のパーツ、特に金属部品の製造にはCNC加工が適しています。

CNC加工は3Dプリントよりも高い寸法精度と優れた機械的特性を持つパーツを生産できるため、設計の機能テストに役立ちます。納期は通常、短納期対応で2週間以内です。

ステップ3：ラピッドツーリング

多くの場合、ラピッドツーリングはプロトタイプと量産の橋渡し役となり、射出成形と組み合わせることで量産前の最終ステップとなります。ラピッドツーリングはアルミニウムや軟鋼、標準化された金型ベース、ハンドロードインサートで構成されます。

従来の射出成形がコスト面で割に合わない、または必要な部品や数量に対して過剰な場合に適しています。したがって、市場テスト用の少量ロットが必要な場合や、将来的に大量生産が見込めない場合にコストを最小限に抑える最適な方法です。

WayKenでは、ラピッドツーリングに関して2つの射出成形サービスオプションを提供しています。一つはプロトタイピングに関連する少量部品向け、もう一つは少量生産で一般的な大量部品向けです。

一方で、3Dプリントによるプロトタイプモデルには、材料選択の制約、低強度、低耐候性といったデメリットがあります。

これは精密CNC加工によるアルミニウムケーシングのプロトタイピングプロジェクトです。このケースでは、これらのアルミニウム部品は最終版と同等の優れた特性と高精度を備え、機能テストに使用できます。アルミニウム、鋼、真鍮などの一般的な金属のほぼすべてをCNC工具で加工できます。切削加工された金属部品では、プロトタイプと正式製品の間にほとんど差異がありません。

CNC加工に加えて、リブ形状と貫通穴はワイヤー放電加工で処理されました。WayKenは3軸または5軸CNCフライス加工を、放電加工やワイヤー放電加工などの補助プロセスと組み合わせる能力を持っています。特にアルミニウムの典型的な表面仕上げにおいて、効率的で精密なCNCアルミニウム加工プロセスを実現できます。

プロトタイププロジェクト管理の事例

• 事例1：SLA方式3Dプリントによるプロトタイピングプロジェクト

これはプロジェクトプレゼンテーション用の自動車プロトタイプモデルで、元の設計からスケールダウンされています。新製品の外観を備えています。デザイナーがフォーカスグループの前で立ち、自分の設計の優位性を他の設計と比較説得しようとする場面を想像してください。手にプロトタイプモデルがあれば、聴衆に直接設計を見せ理解させることができ、話し手の説明に深い印象を与えることができます。

この自動車プロトタイプは、元々ベージュ色の感光性樹脂で作られ、特定箇所は光沢塗装、文字とロゴはシルクスクリーン印刷で仕上げられています。ちなみに、プロトタイプのほとんどの後処理は手作業で行われるため、相応の労務コストが発生します。

• 事例2：CNC加工アルミニウムによるプロトタイピングプロジェクト

これは精密CNC加工によるアルミニウムケーシングのプロトタイピングプロジェクトです。このケースでは、これらのアルミニウム部品は最終版と同等の優れた特性と高精度を備え、機能テストに使用できます。アルミニウム、鋼、真鍮などの一般的な金属のほぼすべてをCNC工具で加工できます。切削加工された金属部品では、プロトタイプと正式製品の間にほとんど差異がありません。

CNC加工に加えて、リブ形状と貫通穴はワイヤー放電加工で処理されました。WayKenは3軸または5軸CNCフライス加工を、放電加工やワイヤー放電加工などの補助プロセスと組み合わせる能力を持っています。特にアルミニウムの典型的な表面仕上げにおいて、効率的で精密なCNCアルミニウム加工プロセスを実現できます。

• 事例3：ラピッドツーリングによるラピッド射出成形プロトタイピングプロジェクト

これは自動車照明ベゼルのプロトタイピングプロジェクトです。100個のプラスチック部品であれば、真空鋳造など他の製造方法でより低コストで生産可能でした。ラピッドツーリングを選択した理由は、開発者が工業テストに耐え、最終製品に近い十分な特性を持つ部品を求めていたからです。さらに、従来の金型と比較して、ラピッドツーリングは短納期で比較的低コストで製造できます。

WayKenでは、全てのラピッド射出成形プロジェクトにおいて金型加工前にDFM（製造のための設計）を実施し、リスク分析とCADファイルの修正提案を顧客に提供します。部品生産前にサンプルを顧客に送付し、品質が承認されるまで生産を開始しません。

WayKenのプロトタイピングプロジェクトについて詳しく知りたい方は、メールアドレス info@waykenrm.com までお問い合わせください。プロトタイピングプロジェクトに関する全てのお問い合わせを歓迎します。お見積りだけでなく、あらゆるご相談に応じます。