付加製造を形作る4つの新興自動化トレンド

設計から後工程までAMプロセスを自動化することで、AM導入をメーカーにとってより魅力的にできます。

ロボットからソフトウェアまで自動化ソリューションが、タッチレイバー最小化、コスト削減、一貫性と品質向上を実現。

では、付加製造における自動化は今日どこまで進んでいるのでしょうか？

本記事では、AMにおける自動化ソリューション開発を推進する4つのキートレンドをハイライトします。

1. 設計自動化

AMにおけるエンドツーエンド デジタルワークフロー構築は、設計プロセス自動化から始まります。

しかし、AMにおける設計自動化は容易ではありません。ほとんどのAMパーツは依然として手動設計されています。時間のかかる手動AM設計プロセスは、エンジニアの数時間作業を要し、あるケーススタディによれば総部品コストの最大50%を占めます。

設計プロセス効率化のため、業界ソフトウェア企業は過去数年でツールを進化させてきました。

今日、業界は設計プロセスを高速化し、エンジニアがプリント前に設計オプションを迅速評価できる自動化ソリューションを提供しています。

例えば、Fordは自動化で工具設計時間を数時間から数分に短縮したことを紹介しています。

ドイツのソフトウェア企業Trinckleと提携し、車体形状にフィットする工具ジオメトリを自動生成し、新ジグのベースを形成するソフトウェアにアクセス。ワンクリックでハンドル、固定用マグネットマウント、エッジガイド等の要素追加も可能。

このパーツの設計自動化で数時間の作業を節約し、設計ステップをわずか10分に短縮。Fordはこのアプローチでツールあたり数千ユーロの節約ポテンシャルがあると見込んでいます。

別例では、ハードウェアメーカーStratasysがソフトウェア企業nTopologyと協力し、FDMプロセス向けジグ・治具設計自動化ソリューションを開発。

「Fixture Generator」と名付けられたこの新ソリューションは、エンジニアがシンプルなドラッグアンドドロップで治具部品を準備可能に。nTopologyのトポロジー最適化ソフトウェアエンジンを用い、最終用途アプリケーションを念頭に部品設計を最適化します。

AM設計ステップをより非手動化することは、3Dプリント業界の継続的成熟を示唆。設計自動化はAM採用企業の手動設計プロセスに伴う時間とコスト削減を支援。

より重要なのは、設計バリエーション生産を自動化された高効率プロセスに変えることで、マスカスタマイゼーションのような新アプリケーションとビジネスモデルを支援することです。

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2. オープンAPIがAMデータ共有自動化を推進

AM業界はよりオープンになりつつあります。クローズドなプロプライエタリシステムの支配は終わりに近づき、より多くのソリューションプロバイダーが統合された相互運用可能な3Dプリントワークフロー構築を目指しています。

これを支えるトレンドの1つが、オープンAPI（Application Programming Interfaces）の活用。APIは、あるソフトウェアアプリケーションが別アプリケーションと通信するための仲介役。APIは分散システム統合に重要な役割を果たします。

ワークフローがかなり複雑でサイロ化しがちなAMにおいて、業界プレイヤーは自動化を可能にしデータ活用を拡大するAPIセット提供の重要性を認識しつつあります。

最近、複数の3Dプリンターメーカーがパートナー向けにAPIを公開し、シームレスなデータフローと統合を実現。

例として、HPとの最近の協業では、HPがオープンAPIを提供し、当社付加製造MESシステムと統合。この統合でHP Multi Jet Fusionユーザーが自社機械を当社ソフトウェアに接続し、AMシステムの監視とデータ収集が可能に。

同様に、StratasysがAPI接続性を改善し、自社3Dプリンターとエンタープライズソフトウェアソリューション間のより容易で高速なデータ共有への道を開いたと発表。

これら例は、業界がハードウェア能力とソフトウェアイネーブルメントのギャップを埋める正しい方向へ進んでいることを示唆。APIが両者の根本的橋渡しとなり、相互運用性を支える統合エコシステム創出を支援します。

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3. 後工程プロセスの自動化

PostProcessの第2回年次後処理トレンドレポートによれば、企業AMコストの推定46%が後処理に関連しています。

プロトタイプ、治具、エンドユース製品のいずれであっても、ほとんどのAMパーツは何らかのレベルの後処理を必要とします。サポート材除去のようなシンプルなものから、仕分け、染色、研磨、その他プロセスまで、最終製品が使用可能になるまで多岐にわたります。ほとんどの後処理タスクはほぼ完全に手作業に依存しています。

最近の機械学習、後処理ハードウェア・ソフトウェアの進歩により、AM後処理のほぼすべての部分を自動化することが可能になり、労務費削減とプロセス効率大幅改善を実現。

新システムが市場投入され、部品を3Dプリンターのビルドプラットフォームから自動抽出し、ガイド付き車両で次の後処理ステーションへ搬送。

複数のAM機器プロバイダーも、何らかのレベルで自動化にコミット。EOSは例えば、装備、アンパック、搬送、ふるい分け段階を、異なるモジュール、搬送システム、制御センターソフトウェアを組み合わせた「Shared Modules」コンセプトで統合。

バインダージェッティングプロセス自動化を目指し、金属バインダージェッティング専門ExOneも、ビルドボックス効率搬送を可能にする新X1D1自動搬送車（AGV）コンセプトをリリース。

また注目すべきは、3Dプリンターから粉末ふるい分け、洗浄、仕上げステーションへ部品を搬送する多軸ロボットシステムの活用拡大。

ハードウェア企業Renishawが、金属AMで最も時間のかかるプロセスの1つであるサポート除去をロボットで自動化する方法を紹介。スタートアップAdditive Automationsと提携し、自動サポート除去ロボットシステムを開発。

初期結果で、ロボット自動化によるサポート除去が部品あたり平均コストを驚異の25%削減可能と判明。このプロセスで使用されるロボットには統合フォースセンサーがあり、AMパーツジオメトリを決定するデータを収集。

ソフトウェアがデータをデジタルツイン技術で分析。出力でサポート構造位置を特定し、エンドエフェクターツールで除去。

さらに、AM Flowのような企業が、迅速かつ自動化されたAM部品特定、仕分け、ピッキング、袋詰め、搬送を提供するモジュラーソリューションを専門に。今後AM Flowは自動IDタグ付け開発を目指し、エンドツーエンド デジタル化ワークフロー全体でのAMパーツ完全トレース能力への道を開く。

AM後処理の完全自動化は、技術スケールアップ時の経済性を根本的に変えます。工場レイアウトの柔軟性を大幅に高め、メーカーがこの技術をデジタル・迅速生産に採用することを現実的にします。

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4. 3Dプリントオーダー処理とAM生産管理の自動化

手動後処理に伴う直接コストに加え、パーツ見積もりやAMオーダー処理にかかる作業者時間、プリントジョブスケジューリングにかかるオペレーター時間といった隠れたコストも存在。

パーツコスト計算、スプレッドシートへのデータ入力、使いにくいソリューションでの生産スケジューリングに、作業者の1日数時間が費やされ、AM生産性を制限。

AMが急速に成熟する中、企業はスケーラブルな成長を確保するため、AM生産管理プロセス自動化の必要性を認識。

より高い生産効率へのニーズが、AM技術向けワークフロー管理・製造実行ソフトウェア（MES）開発をキックオフ。

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今日、付加製造MESとワークフローソフトウェアは、以前手動だったプロセスをデジタル化することで、企業が労務費を自動化で解放するのを支援。

例：グローバル2Dプリント・IT企業の3Dプリント施設が、AMFGのMESソフトウェアを3Dプリントパーツ見積もりとオーダー管理に使用。スプレッドシートから自動化ソリューションへ移行し、見積もり時間をほぼ80%削減。

オーダー処理と生産管理プロセスの自動化が、最終的にAMを単なる低ボリューム用途ツールから脱却させ、スケーラブルで統合され、コスト効率の良い大量生産の基盤を形成します。

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完全自動化AMファクトリーまで、あとどのくらい？

設計から仕上げまでAMプロセス自動化には、労務費削減と生産性向上による資本節約の大きなポテンシャルがあります。

NextGenAMパイロットプロジェクトで示された通り、自動化で製造コストを最大50%削減可能。さらに自動化製造は、ヒューマンエラーとスクラップを最小化することでプロセスにより多くの一貫性を導入。

今日市場にある自動化ソリューションは、わずか数年前の初期段階プロジェクトとパイロットから大きく進化。

AM自動化の恩恵を最大限受けるには、企業が今日変革を開始し、経験を競争優位へより速く転換できる必要があります。

多くの技術変革と同様、AMにおける自動化に賭けるアーリームーバーとリスクテイカーが、未来のデジタル製造の報酬を得るでしょう。

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