積層造形（3Dプリンティング）はあなたに適しているか？実践的判断ガイド

積層造形、別名3Dプリンティングは、未来的な目新しさから広く利用可能な技術へと進化しました。積層造形は1980年代半ばから存在していますが、過去5年間で技術の利用と商業化が爆発的に拡大しました。プリンターはより速く、安く、コンパクトになり、プラスチックと金属材料の選択肢も増え続けています。

積層造形は、生産部品の作成とサポートの方法を変えることで、従来工法の限界を打ち破ります。適切な状況で適用すれば、より効率的かつ高性能な製品を提供できます。利点はそれだけでなく、材料廃棄の削減から複雑部品の低コスト化、少量生産での収益機会まで、3Dプリンティングには豊富な財務的メリットがあります。

この包括的ガイドでは、積層造形の概要、メリット、導入時の検討事項など、深い情報をカバーしています！

クイック・リンク

• 積層造形とは？
• 製造施設で積層造形を活用する6つのメリット
• 積層造形はあなたの会社に適しているか？導入前の5つの検討事項
• CMTCで積層造形投資を最大化！

積層造形とは？

積層造形、または3Dプリンティングは、デジタル設計から実体オブジェクトを作成するプロセスです。従来の2Dプリンターがコンピュータでファイルを読み取り、布や紙に平面的な2次元レプリカを印刷するのに対し、3Dプリンティングはデジタル・ファイルから物理オブジェクトを作成し、材料を層ごとに積み重ねて完成した三次元オブジェクトを形成します。

積層造形技術は、三次元オブジェクトを一度に一層ずつ構築します。各層は、部分的に溶融した前の層に結合します。つまり、穴などの部品形状を作るために生産プロセスで材料を削り取る代わりに、積層造形では完成品に最初から穴が形成された状態で部品を構築します。

積層材料は、金属粉末、セラミック、熱可塑性プラスチック、ガラス、さらにはチョコレートまで、ほぼあらゆる物質が使用可能です。その結果、3Dプリンターは万能ではなく、用途に応じた多様なオプションがあり、プリンターのタイプも用途によって異なります。

積層造形は、物理モデル、試作品、工具部品、量産部品を、金属、プラスチック、複合材料など多様な媒体で構築するために使用されてきました。ほぼあらゆる形状を3Dプリンターで再現でき、部品は多様な色で、複数の材料を用いて製造できます。

製造施設で積層造形を活用する6つのメリット

3Dプリンティングは革新的な産業製造能力で称賛されています。この製造技術を世界中の企業が支持する価値ある資産にするいくつかの利点があります：

開発コストの削減

この先進製造技術は、初期コストのせいでやや高価というイメージがあります。しかし、長期的な開発コスト削減により、コスト節約メリットが生まれます。

機械運用コストの面では、3Dプリンターのサイズによります。ほとんどのデスクトップ3DプリンターはノートPC程度の電力消費ですが、大型産業用3Dプリンターは相当量を消費します。それでも、複雑なオブジェクトを単一工程で生産できる能力により、より高い効率と生産性が実現されます。

主な利点の一つは労働コストの削減です。後処理を除けば、ほとんどのプリンターは自立しており、オペレーターの介入をほぼ必要としません。3Dプリンターの労働コストは、熟練オペレーターが通常必須の従来製造に比べ、実質的にゼロに近いです。

さらに、少量生産における積層造形は従来製造と比較してコスト競争力があります。射出成形、従来の金型、切削、機械加工など他の製造法で試作するより、3Dプリンティングの方が大幅に安価です。

製品廃棄物の削減

コンピュータ・プログラムで設計案を作成し、印刷に送ることで、新設計の作成と生産時間が大幅に短縮され、廃棄物が減ります。このデジタル・ツー・デジタル・プロセスは、従来試作の中間ステップを排除します。

また、3Dプリンティングはターンアラウンドを向上させます。迅速な反復作成により、従来製造では数週間、場合によっては数か月かかっていたエンジニアリングと設計の問題を早期発見できます。

積層造形は、従来なら困難または高コストすぎて構築できなかった複雑な設計の作成を可能にします。プロセス開発は、金型やダイスで試作する従来法より少ない時間とコストで達成できます。試作反復で部品形状や機能が変更された際、金型をスクラップする必要から生じる製品廃棄物も削減されます。

最終部品設計の決定が速やかに可能になります。効果的な設計と作成に必要な時間が短縮されるためです。全体として、積層造形は廃棄物削減と支出抑制で、より効果的かつ効率的な設計プロセスを提供します。

製品品質の向上

3Dプリンティングの利点は、より良い製品設計とプロセス開発の提供にも及びます。積層造形により、人間工学の悪さなどの設計問題を早期に特定し、迅速に解決できるため、製造業者は優れた製品を作れます。結果として、3Dプリンティングにより最終設計が改善され、部品品質が向上します。

さらに、この技術進歩によりエンジニアは、従来の製造法ではコスト・エフェクティブでない、あるいは不可能な複雑で精巧な部品を構築できます。エンジニアは従来設備の制約から解放され、接合、締結、溶接が必要だったアセンブリ設計部品を単一パーツとしてプリントできます。これにより廃棄物が減り、しばしば製品により高い強度と耐久性が加わり、故障の潜在ポイントが減らせます。

3Dプリンティングは、熱可塑性プラスチックなど多様な物質で部品を作れます。これらの材料の一部は、強度と完全性を維持しながら大幅な軽量化を実現します。強度を維持しつつ重量を減らしたいエンジニアにとって、これは非常に有益です。

積層造形は、品質向上により継続使用に耐える耐久性のある製品を作る貴重な技術になり得ます。

真に迅速な試作

「迅速」試作が設計と製造に数週間から数か月を要した時代を覚えていますか？これは主に、試作用ツールや治具の製造が必要で、多くの製造業者が生産に注力するあまり、単一の試作部品のために貴重な時間を割きたくなかったためです。

積層造形なら、3Dプリンターで数時間で試作を設計・生産できます。数週間ではありません！「製造のための設計」から「設計のための製造」へシフトできます。さらに、複雑な顧客仕様に特化した部品を生産できます。これは試作にとってゲーム・チェンジャーです。

あなたの会社にとって何を意味するか？3Dプリンターと専門知識への比較的少額の投資で、新製品のモックアップを迅速に作成し、数日で顧客の手に渡せます。さらに、非常に特定の市場ニッチに対応する部品を生産でき、高利益率製品の生産につながる可能性があります。

人材、専門知識、熱意を会社に呼び込む手段

ミレニアル世代の人材獲得に関するブログ・シリーズの第2弾「ミレニアル世代を引きつけ、製造業の未来を守る」で、積層造形やその他の新技術を職場に取り入れて、この世代から熟練労働者を引きつけることを議論しました。その記事で述べた通り、積層造形設備を活用して若く熟練した労働者を施設に呼び込めます。

積層造形はあなたの会社に適しているか？この製造技術導入前の5つの検討事項

製造プロセスへの実質的な変更導入と同様に、新技術を会社に導入する前に、いくつかの要因を検討・探求する必要があります。

積層造形に伴うマインドセットの変化を認識する

積層造形は製造業者にとって強力なツールですが、効果的な活用には設計エンジニアと経営陣のマインドセット変化が必要です。積層造形は、多くの設計、機械、産業エンジニアが学校で学ぶ原則の多くに逆行します。

例えば、従来、金属板が金属加工プロセスの原材料として使用されてきました。これらの板はレーザー切断で形状に加工されます。設計エンジニアの仕事は、適切なサイズの鋼板を注文し、その板内での部品ネスティングを最適化してスクラップを最小化するプログラムを設計することでした。削り取る鋼材が少なければ、スクラップ・コストが下がり、利益が上がります。

積層造形の場合、プロセスから取り除く材料量を減らすことに焦点を当てるのではなく、必要な場所に材料を追加し、設計段階で削り取ることで部品を積み上げて構築します。つまり、鋼板から形状を切り出す代わりに、3Dプリンターで同じ部品を積み上げて作ります。形状や機能が気に入らなければ、モデルを変更してもう一回プリントすればいい！気に入った設計ができれば、必要な分だけプリントできます。

ご覧の通り、積層造形が関わると設計マインドセットは逆転します。考慮点は、取り除く材料量の削減から、部品設計の最適化と一品一品の構築へとシフトします。

設計エンジニアを3Dプリンティング技術で再教育する、シンプルで比較的安価な方法をいくつか紹介します：

学ぶ

多くの大学とコミュニティ・カレッジが積層造形プログラムを開発しています。学位専攻や認定プログラムから、積層造形ワークショップやセミナーまで多岐にわたります。積層造形イベントも、エンジニアと経営陣が技術についてより深く学ぶ機会を提供します。これは重要なプロセス変更には不可欠です。

読む

『Make Magazine』のような雑誌は、3D材料の事例を紹介し、プリンター・モデルの比較を提供するので、自社に適したものを選べます。インターネットにも積層造形と3Dプリンティングに関する豊富なデータがあります。当社ウェブサイトにも積層造形情報とリソースの専用セクションがあります。

ネットワーク

周囲に尋ね、3Dプリンティングを使用している地元の製造業者とつながりましょう。彼らがどう機能を活用し、能力を最適化しているか学びます。製造業者ネットワーク、地元商工会議所、イベントで技術利用者を見つけられるかもしれません。

実験する

パーソナルとデスクトップ3Dプリンターのコストは、より多くのモデルが登場し、この市場での競争が激化するにつれ、劇的に下がりました。デスクトップ・ミニ・プリンターは500ドル程度で購入可能です。積層造形を業務に取り入れることを検討しているなら、1台または数台購入し、エンジニアに提供しましょう。フォード・モーター社がやっているように。技術を学び、マインドセットを変えるこれ以上の方法はありません。設計者とエンジニアが積層造形の能力をよりよく理解すれば、自社ニーズに適した産業グレードの積層造形技術を特定するのがはるかに容易になります。

新技術は怖いかもしれませんが、エキサイティングでもあります！今後5年間の積層造形の約束はスリリングです。カスタム機能性義肢の生産から、大半の小学校教室と家庭での3Dプリンティング活用まで。

CMTCで積層造形投資を最大化！

3Dプリンターの使い方がわからない場合は？積層造形が市場に登場した当初、技術活用を支援するリソースはわずかで、存在したものも高額でした。積層造形技術と、あなたの状況への適用可能性を知るための、無料または安価な他の方法もあります。CMTCは積層造形ウェビナーを後援しており、専門家によるプレゼンテーションと分野リソースが含まれます。

カスタマイズ部品への需要が高まり続ける中、積層造形プロセスは将来ますます関連性を増します。AM設備メーカーは、より多くの企業がこれらの技術を採用し始めれば、製造業の未来が完全に変革されるのは時間の問題だと予測しています。

CMTCはこの前進の道の重要性を認識し、積層造形で貴社の製造会社を変革するお手伝いをしています。詳細を知りたい方はご連絡ください！