3D印刷は最終部品生産の準備ができていますか？

過去10年間の積層造形の最大のトレンドの1つは、ラピッドプロトタイピングから生産への移行です。 3D印刷は今でも一般的にニッチなラピッドプロトタイピングソリューションと考えられていますが、プロトタイピングから最終用途の部品へのテクノロジーの移行は順調に進んでいます。では、メーカーはどのようにしてラピッドプロトタイピングから3D印刷による最終部品生産への移行を開始できるのでしょうか。そして、このAMを最終部品生産のための完全に実行可能なソリューションにするために、どのような課題を克服する必要がありますか？

最終部品生産のための3D印刷の利点

3D印刷は、製品開発と設計検証のための非常に貴重なツールになり、高価なツールを必要とせずに、コンセプトと機能のプロトタイプを作成するための迅速で費用効果の高い方法を提供します。ただし、このテクノロジーのメリットは、この限られた範囲をはるかに超えています。

積層造形技術の発展により、製造業者は3D印刷を利用して大量生産を支援する方法を検討する必要があります。射出成形や鋳造などの従来のサブトラクティブ製造方法は、同一部品を大量に生産するのに理想的ですが、カスタマイズされた部品や少量生産が必要な製品などの特定の用途には制限があります。

明らかに、3D印刷がこれらの従来の製造方法にすぐに取って代わることは期待されていませんが、このテクノロジーは、埋めることができないギャップに対して明らかな利点を提供します。

少量生産

たとえば、少量生産の場合、3Dプリントは実行可能で経済的に適切なオプションになります。デジタル設計から製造に移行できるということは、他の方法では不可能であり、従来の方法を使用して製造するには法外な費用がかかる複雑な製品を作成できることを意味します。この強化された設計の自由により、メーカーは革新の限界を押し広げ、新しい革新的な製品をはるかに迅速に市場に投入できます。

このように使用される3D印刷の最も有名な例の1つは、LEAPジェットです。 GEによる燃料ノズル。ノズルに必要な18の個別部品を、3D印刷で個別に製造する代わりに、ノズルを1つの部品で製造できます。これは、前モデルよりも25％軽量です。

マスカスタマイゼーション

カスタマイズは、単なる流行語ではありません。それは今日の消費者の状況の現実です。消費者はこれまで以上にパーソナライズされたサービスと製品を期待しているため、メーカーはこれらの要求に効果的に対応するという課題に直面しています。ここで、3D印刷は理想的なソリューションを提供します。それは、個々の顧客のニーズに合わせた製品を大量生産するための費用効果の高い方法です。 BMWは、このテクノロジーをこのように使用している1つの会社であり、MINIカーシリーズのカスタマイズサービスを提供しています。お客様は、ドアハンドルやサイドプレートの部品などのカスタマイズされた機能を選択して、追加的にカスタマイズすることができます。

よりスリムなサプライチェーン

3D印刷は、よりスリムで簡素化されたサプライチェーンに2つの画期的なメリットをもたらします。まず、メーカーは3D印刷を使用して、「受注生産」から「受注生産」の製造モデルに移行できます。これにより、余分な在庫を維持する必要がなくなり、在庫コストが大幅に削減されます。第二に、製品をオンデマンドで製造できるようになったため、生産は消費者に近づき、配送が加速され、サプライチェーンが合理化されます。したがって、CADファイル形式のデジタル在庫は、ローカライズされた生産と相まって、製造業者のサプライチェーン管理を変革する可能性があります。

プロトタイピングから最終部品に移行しますか？

過去10年間の添加剤技術の大きな進歩により、最終部品生産のための3D印刷は明確な可能性以上のものになりました。しかし、真に少量生産への移行を実現するには、ソフトウェア、プロセス、材料、ハードウェアの進歩が必要です。その多くはすでに起こっていますが、AMが製造技術として一斉に採用されるまでにはまだ時間がかかります。克服する必要のある課題のいくつかを次に示します。

ワークフロープロセス

最終用途部品のAMのユースケースを模索し始めている多くのOEMは、スケーラブルな積層造形プロセスを作成するためのソフトウェアインフラストラクチャを欠いています。 AMはその要件が独特であるため、標準のPLMおよびMESソリューションでは、十分に油を塗った生産プロセスを保証するのに十分ではありません。ファイルの修復や変換など、ファイルの最適化が欠けています。マシンのスケジューリングとビルドの最適化には、主要な生産段階を合理化し、反復可能な生産プロセスを保証できる専用のワークフロー管理ソフトウェアが必要です。

速度
産業規模の3D印刷のもう一つの課題は、ハードウェアシステムの速度ですが、最近の開発によってこれが変わる可能性があります。たとえば、Desktop Metalの一連の3Dプリンターは、レーザーベースのシステムよりも100倍速い速度を持っていると言われています。これらの金属AMマシンは、複雑な金属部品の高スループット用に設計されています。 HPは、エンドパーツのより大きなバッチ用に3D印刷をスケールアップすることを検討している別の会社です。そのMultiJet Fusion 3Dプリンターは、高速性と精度が高く、最大110,000個の部品をコスト効率よく製造できます。

プロセスの信頼性と品質管理
ラピッドプロトタイピングと最終部品生産のニーズの主な違いは、部品の品質とプロセスの再現性が後者にとってはるかに重要な要素であるということです。たとえば、部品の品質が最も重要である航空宇宙や医療などの要求の厳しいアプリケーションでは、プロセスを繰り返して安全性を確保することが最も重要です。長年にわたり、再現性のある積層造形の製造プロセスを確保することは困難であり、多くの製造業者が依然として直面しています。

ただし、この分野では進展が見られます。たとえば、Expanse Microtechnologiesのような企業は、高度なCTスキャン技術を通じてプロセスの標準化に貢献しています。そして最近、業界全体の積層造形の標準と仕様の開発を加速するために、積層造形標準化コラボレーティブ（AMSC）が設立されました。

今後の展望

シーメンスやBMWのような産業の巨人が大規模な生産を推進するためにAM設備に多額の投資を行っているため、製造業者は最終用途部品の3D印刷の利点をますます認識しています。これに照らして、企業はテクノロジーをより広範な製造業務に統合する方法をますます模索しています。 3D印刷は従来の製造方法と競合することはありませんが、この新しいデジタル化の時代における特定の部品や製品の製造方法を変革する可能性があります。したがって、製造業者は、設計から製造、後処理までのプロセスのすべての部分をカバーする、積層造形を実装するための戦略的計画とロードマップを必要としています。