生産のために実行可能になるために解決する必要がある8つの課題

アディティブマニュファクチャリングは、ラピッドプロトタイピングの時代から長い道のりを歩んできました。 1980年代の登場以来、3D印刷技術は革新的なアプリケーションを見出し、生産コストとリードタイムを削減し、製品のパフォーマンスを向上させ、マスカスタマイゼーションを大規模に実行可能にするのに役立っています。それにもかかわらず、AMは大規模生産に関して重要な課題に直面しています。この記事では、業界が直面している8つの課題と、それらに対処するために取られている手順の概要を説明します。

1。ビジネスケースの特定

アディティブマニュファクチャリングのビジネスケースを作成することは、多くの企業が直面する課題であり、特に開始に伴う高コストが伴います。アディティブマニュファクチャリングの長期的な経済的メリットは明らかであり、次のものが含まれます。

• ツーリングコストの削減
• 複雑な形状を費用効果の高い方法で作成する機能
• 費用効果の高いカスタマイズ

ただし、ハードウェアから材料、場合によっては後処理装置に至るまで、テクノロジーへの先行投資が必要になるという事実は変わりません。

たとえば、金属3D印刷を検討している場合、金属AMマシンは、材料や後処理装置のコストを除いて、簡単に10万ドル以上のコストがかかる可能性があります。

したがって、AMを既存の製造ワークフローに統合することに移行することは、正当化するのが難しいように思われるかもしれません。 HP MetalJetのグローバルヘッドであるTimWeberは、次のように説明しています。

「3Dプリンターメーカーは、競争力を高める優れた経済性を備えている必要があります。 、他の積層造形会社ではなく、インベストメント鋳造、金属射出成形、CNCなどの従来の方法を使用します。」

ただし、これに対処するために実行できる、またはすでに実行されている手順がいくつかあります。

参入障壁の1つは、3D印刷サービスビューローのサービスを利用し、その専門知識を活用して、ビジネスに最も適切な3D印刷アプリケーションを特定することです。

3D印刷が資産となる領域を特定するだけでなく、メーカーはコストを評価して、3D印刷または従来の方法（射出成形、CNC機械加工など）が特定のアプリケーションに最適かどうかを理解する必要があります。 。

反対に、業界が成熟するにつれて、機械、材料、および運用コストの削減が見込まれます。これらの開発は、やがて、AMの量産への移行を促進します。

2。生産量

連続生産に必要な大量生産（および短いリードタイム）をサポートするには、積層造形ワークフローが高速かつスケーラブルである必要があります。現在、ほとんどのAMシステムは、特に従来の製造方法と比較した場合、大量生産に必要な速度に欠けています。

AMハードウェアメーカーはこれに対処するためのより高速なシステムを開発していますが、パーツあたりの印刷時間はパズルの一部にすぎません。すべての前処理および後処理ステップも潜在的なスループットを決定するため、考慮する必要があります。

たとえば、後処理は重要なボトルネックです。ほとんどすべての3D印刷部品には、ある種の後処理が必要です。これは、製造プロセス全体の30〜60％を占めます。後処理段階を自動化する方法を見つける必要があります。PostProcessTechnologiesのような企業はすでに後処理ソリューションを提案しています。

AMビルド時間を改善し、AMワークフローの各段階を自動化し、後処理ステップを最小限に抑えることは、AMをより大規模なオペレーションに拡張するために必要な重要なステップです。

3。再現性

量産に関しては、再現性の必要性を軽視することはできません。ただし、信頼性の高い部品を一貫して製造することは、AMが直面している継続的な課題です。たとえば、同じ設定を使用すると、同じ部品の製造に違いが生じる可能性があります。

最終部品の品質に影響を与える可能性のある要因のリストは長く、ビルドプラットフォーム内の部品の向き、機械のキャリブレーション、材料の品質、および部品をビルドから削除する方法が含まれます。

プロセスに関係するすべてのプロセス変数は、毎回正常に印刷できるように厳密に定義および制御する必要があります。これは簡単なことではありません。

良いニュースは、業界が予測的で再現性のある積層造形を可能にするための措置を講じていることです。たとえば、AMシステムメーカーは、製造プロセスをより細かく制御できるように、インプロセスモニタリングと閉ループフィードバック制御システムを備えた新しいマシンを開発しています。

4。資料の入手可能性

材料開発は、古い独自のフィラメント以来、長い道のりを歩んできました。現在、3D印刷技術は、金属、セラミック、ポリマー、複合材料など、幅広い材料で使用できます。

それでも、適切な材料の入手可能性は、製造方法として積層造形を使用する上での最大の障壁の1つです。材料の多様性は限られており、互換性のある材料のセットは比較的少数しか利用できません。

この理由の1つは、多くの3D印刷可能な素材の独自性にあります。材料を独占的にすることは企業が独占を確立するのを助けることができますが、それは顧客に彼らの3Dプリンターメーカーから直接彼らの材料を購入することを強制します。

AM資料の認証は2番目のハードルです。 AM材料が従来の方法と同じ基準を満たしていることを確認するには認証が必要であり、時間と費用のかかるプロセスになる可能性があります。

とはいえ、AM材料市場は急速に進化しており、メーカーの大多数は現在、サードパーティによる新しい材料の開発に門戸を開いています。 UltimakerやHPなどの一部の企業は、オープンプラットフォームのアプローチを積極的に採用しており、最大規模の材料サプライヤーとのコラボレーションを可能にしています。これらの開発により、材料の革新がより迅速になります。

AMFGとの最近のインタビューで、Ultimakerの社長であるJohn Kawolaは、次のように述べています。 3D Systems、EOS、Stratasysなど、その分野で最大の企業には、スタッフに数百人の材料科学者がいませんでした。彼らは、個々のプラットフォーム用に数人の材料を開発しました。

「しかし、大規模なプラスチック企業が関与するインセンティブを提供すると、彼らはすべての集合的な知恵を市場にもたらします。これはすべての人に役立つと思います。」

5。セキュリティ

セキュリティは、積層造形の採用を検討している企業にとってますます重要な関心事になっています。

他のデジタルインダストリー4.0テクノロジーと同様に、3Dプリントはセキュリティリスクやサイバー攻撃に対して脆弱です。たとえば、データの盗難や改ざんの可能性は、企業の知的財産を危険にさらす可能性があります。

セキュリティは、仮想在庫と分散型のオンデマンド生産を含む新しいビジネスモデルが引き続き勢いを増しているため、特に重要になります。ただし、この段階に到達するには、AMエコシステム全体でセキュリティとIP保護を確保するためのカスタマイズされたソリューションの開発が必要になります。

現在、このようなソリューションは採用の初期段階にあります。 AMFGやLEOLaneのような企業は、戦略的パートナーシップを打ち立てています。他の企業は、特許を出願し、ブロックチェーンなどのセキュリティ技術を積層造形に適応させるためのイニシアチブを開始しています。

デジタルスレッドの保護に関する懸念に対処することで、生産技術としての3D印刷の信頼性が高まります。サプライチェーン全体でより優れたトレーサビリティを実現します。

6。標準化

アディティブマニュファクチャリングの包括的な一連の標準の欠如は、テクノロジーが主流になるための主要な障壁の1つです。

航空宇宙、防衛、医療、自動車などの規制の厳しい業界では、最終用途向けの3Dプリント部品は厳しい要件を満たす必要があります。認証と標準化は、この信頼を構築し、堅牢な認証アプローチを確立するための鍵となります。現在、既存の製造ガイドラインの多くは従来の製造方法にのみ適用されており、AM用に新しい標準を開発または適合させる必要があります。

ただし、AM標準化への道のりは長いものです。幸いなことに、ISOやASTM Internationalなどの最大の標準化機構のいくつかは、業界全体の標準化のプロセスをすでに開始しています。

彼らの努力のおかげで、すでに25以上の承認された標準があり、さらに19の標準が開発中です（2018年末現在）。 ASTM Internationalはまた、AMに焦点を当てた研究プロジェクトに多額の投資を行っており、研究開発、標準化、および業界のより広範な商業化の間のギャップを埋めることを目指しています。

7。トレーニング

おそらく、AMの採用に対する最も重要な障壁は、現在のスキルのギャップです。デロイトによる2016年のレポートでは、10社中9社のメーカーが適切なスキルを持つ労働者を雇うのに苦労していると結論付けています。したがって、スキル不足は製造業全体が直面しているものです。

積層造形のような高度な技術には、新しいスキルが必要です。例として、積層造形（DfAM）の設計を取り上げます。ジェネレーティブデザインやトポロジー最適化などのツールでは、エンジニアが従来の設計アプローチを再考する必要があります。その他の分野には、機械のメンテナンス、マテリアルハンドリング、後処理の知識が含まれます。

教育とトレーニングは、移行を行うためのソリューションになります。企業は、従業員の教育に積極的に投資し、従業員にこれらの高度なテクノロジーを通じてイノベーションを学び、推進する機会を与える必要があります。

8。エンドツーエンドのワークフロー

3D印刷は、「スマートファクトリー」を確立する上で重要なテクノロジーの1つです。

しかし、実際には、ほとんどの企業がエンドツーエンドのAMワークフロー管理プロセスの確立に苦労しています。ボトルネックの1つは、さまざまなソフトウェアパッケージを使用して、設計から完成部品に移行することです。これにより、切断されたプロセスが作成され、効率が大幅に低下します。

幸い、このボトルネックに対処するためのソリューションが増えています。たとえば、ワークフロー自動化ソフトウェアは、切断されたワークフロープロセスの問題に対処するために登場しました。 1つのプラットフォームを使用して、リクエストからポストプロダクション制御まで、AMエコシステム全体を管理することで、手動の日常的なタスクの自動化と、AMプロセスのすべての段階でのトレーサビリティの向上の両方が可能になります。

今後の展望

アディティブマニュファクチャリングは近年急速に発展しており、2019年も例外ではないようです。しかし、AMの工業化は進んでいますが、この技術を最終部品の大規模な製造方法として実用化できるようになるまでには、まだ道のりがあります。コストを削減し、トレーニングに重点を置き、企業はアプリケーションに対するテクノロジーの価値を見つける必要があります。テクノロジーと業界が成熟し、これらの課題に対処するにつれて、AMの採用率は増加するだけです。