3Dプリントの利点
3Dプリント 一度に1つのレイヤーでオブジェクトを構築してパーツを作成します。この方法は、最も重要な従来の製造技術（CNC機械加工など）に比べて多くの利点があります。 そのうち、業界全体に当てはまるものについては、この記事で説明します。
3D印刷が多くの従来の製造方法に取って代わる可能性は低いですが、3Dプリンターが機能性材料から高精度でデザインを迅速に提供できる多くのアプリケーションがあります。
3D印刷の利点を理解することで、設計者は製造プロセスを選択する際により適切な決定を下し、最適な製品を提供できるようになります。
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添加剤製造の主な利点の1つは、従来の製造方法と比較して部品を製造できる速度です。 複雑なデザイン CADモデルからアップロードして、数時間で印刷できます。これの利点は、設計アイデアの迅速な検証と開発です。
過去にはプロトタイプを受け取るのに数日または数週間かかっていたかもしれませんが、積層造形はモデルを数時間以内に設計者の手に委ねます。 。より工業的な積層造形機は、部品の印刷と後処理に時間がかかりますが、機能的な最終部品を少量から中量で製造できるため、従来の製造技術（多くの場合、射出成形金型だけでも数週間かかる場合があります。
設計者にとって最大の懸念事項の1つは、部品を可能な限り効率的に製造する方法です。ほとんどの部品は、従来の技術で製造するために多数の製造ステップを必要とします。これらの手順が発生する順序は、設計の品質と製造可能性に影響します。
従来の製造方法で製造されたカスタムスチールブラケットを考えてみましょう：
アディティブマニュファクチャリングと同様に、プロセスはCADモデルから始まります。設計が完成すると、製造は最初に鋼のプロファイルを適切なサイズに切断することから始まります。次に、プロファイルを所定の位置に固定し、一度に1つずつ溶接してブラケットを形成します。すべてのコンポーネントが正しく位置合わせされていることを確認するために、カスタムジグを作成する必要がある場合があります。次に、溶接部を研磨して、良好な表面仕上げを実現します。ブラケットを壁に取り付けることができるように、次の穴が開けられます。最後に、ブラケットをサンドブラストし、下塗りし、塗装して外観を改善します。
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アディティブマニュファクチャリングマシンは、ビルドフェーズ中にマシンオペレーターからの対話なしで、1つのステップでビルドを完了します。 CAD設計が完成するとすぐに、それをマシンにアップロードして、数時間で1つのステップで印刷できます。
部品を1つのステップで製造できるため、さまざまな製造プロセス（機械加工、溶接、塗装）への依存が大幅に軽減され、設計者は最終製品をより細かく制御できます。
製造コストは3つのカテゴリーに分類できます。機械の運用コスト、材料費、人件費。
機械の運用コスト ：
少量での積層造形は、従来の製造と比較して非常に競争力のあるコストがかかります。形状と適合性を検証するプロトタイプの製造では、他の代替製造方法（射出成形など）よりも大幅に安価であり、1回限りの機能部品の製造で競争力があることがよくあります。従来の製造技術は、量が増えるにつれて費用効果が高くなり、大量の生産によって高いセットアップコストが正当化されます。
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欠陥のあるプロトタイプを注文すると、設計者の時間と費用がかかります。金型や製造方法のわずかな変更でさえ、大きな経済的影響を与える可能性があります。
高価な製造装置（金型や工具、治具など）に投資する前に、生産可能なプロトタイプを印刷して設計を検証できるため、プロトタイプ作成プロセス中のリスクが排除されます。これは、大量生産レベルに必要な大規模な投資を行う前に、自分の設計に対する信頼を築くのに役立ちます。
従来の製造によって何ができるかについて課せられた制限は、一般に積層造形には関係ありません。コンポーネントは一度に1層で構築されるため、3D印刷する部品を設計する場合、ドラフト角度、アンダーカット、ツールアクセスなどの設計要件は適用されません。
正確に印刷できる最小サイズのフィーチャにはいくつかの制限がありますが、積層造形の制限のほとんどは、サポートの依存関係と印刷失敗の可能性を減らすために印刷を最適に方向付ける方法に集中しています。これにより、設計者は設計の自由度が高くなり、非常に複雑な形状を簡単に作成できます。
3D印刷により、設計の自由度が高まるだけでなく、設計を完全にカスタマイズすることもできます。現在の積層造形技術は、一度に1つの部品を製造するのに優れているため、1回限りの製造に最適です。
この概念は、カスタム補綴物、インプラント、および歯科用補助器具の製造のために医療および歯科業界に採用されています。アスリートにぴったり合うように調整されたハイレベルなスポーツ用品から、カスタムサングラスやファッションアクセサリーまで、積層造形により、費用効果の高いカスタムパーツの単回生産が可能になります。
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アディティブマニュファクチャリングは30年以上前から存在していますが、成長の大部分は2010年以降に発生しています。これにより、多数の3Dプリンターが業界に参入し、設計者がアディティブマニュファクチャリングテクノロジーにアクセスしやすくなります。
2015年だけでも、5000ドル未満の価値のある278,000台以上の積層造形プリンターが世界中で販売されました。それ以来、販売されたプリンターの数は一貫して2倍になりました。もともとは製造業のごく一部しか利用できなかったニッチな技術がすぐに利用可能になり、幅広い業界で利用されている部品製造のコスト競争力のある方法です。
CNCフライス盤や旋盤加工などのサブトラクティブ製造方法では、最初のブロックから大量の材料が除去されるため、大量の廃棄物が発生します。
アディティブマニュファクチャリングメソッドは、通常、パーツの構築に必要な材料のみを使用します。ほとんどのプロセスでは、複数のビルドでリサイクルおよび再利用できる原材料を使用しています。その結果、積層造形プロセスでは無駄がほとんど発生しません。
世界での積層造形機の数の増加は、プロトタイプの出荷距離にも影響を与えています。
卓上3Dプリンターは、正常に動作するための学習曲線が比較的小さいため、設計を専門家に送って製造する必要はありません。さらに、工業用積層造形システムの設置面積は、従来の製造現場の設置面積よりもはるかに小さくなっています。
このため、土地のコストが高い場所（ロンドンやニューヨークなど）でも、プロの3D印刷サービスが世界中で作成されています。輸送要件の削減は、環境にプラスの影響を及ぼします。これは、現場でスペアパーツを印刷および製造する機能と相まって、積層造形によって製造されるほとんどの部品の二酸化炭素排出量を大幅に削減します。
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ほとんどのデスクトップ3Dプリンターは、ラップトップコンピューターと同じ量の電力を使用します。産業用積層造形技術は、単一の部品を製造するために大量のエネルギーを消費します。ただし、複雑な形状を1つのステップで作成できるため、効率とターンアラウンドが向上します。機械の運用コストは、通常、製造の全体的なコストに最も影響を与えません。
材料費 ：
アディティブマニュファクチャリングの材料費は、テクノロジーによって大きく異なります。デスクトップFDMプリンターは1kgあたり約25ドルのフィラメントコイルを使用しますが、SLA印刷には1リットルあたり約150ドルの樹脂が必要です。アディティブマニュファクチャリングに利用できる材料の範囲により、従来のマニュファクチャリングとの比較を定量化することは困難です。 SLSで使用されるナイロン粉末は1kgあたり約70ドルですが、射出成形で使用される同等のナイロンペレットは、1kgあたりわずか2ドルから5ドルで購入できます。材料費は、積層造形によって製造された部品のコストの最大の要因です。
人件費 ：
3Dプリントの主な利点の1つは、人件費が安いことです。後処理はさておき、ほとんどの3Dプリンターは、オペレーターがボタンを押すだけで済みます。次に、機械は完全に自動化されたプロセスに従って部品を製造します。高度なスキルを持つ機械工やオペレーターが通常必要とされる従来の製造と比較して、3Dプリンターの人件費はほぼゼロです。
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