大量生産を変革する3Dプリント：主要メリットと活用事例

3Dプリントは試作と実用製品の製造に優れたプロセスで、生産における効率と効能の基本的手法となっています。そして、ラピッドプロトタイピングプロセスを大量生産に活用しようとする世界に、3Dプリントはポジティブな影響を与えています。

したがって、3Dプリント大量生産の適用、そのメリット、様々な用途を知ることは重要です。この記事では、3Dプリントを用いた大量生産について知っておくべきすべてを紹介します。

大量生産に3Dプリントを使うメリット

3Dプリントは大量生産に適した優れた技術で、そのメリットを知ることが第一歩です。以下が3Dプリントをより良い選択肢にする理由です。

ラピッドツーリングによる市場投入までの時間短縮

製造業界は競争が激しく、市場投入までの時間がビジネス成功の大きな決め手になります。したがって、選択した製造プロセスは、短期間で大量の製品を提供できる必要があります。生産時間と納期の短縮は、ビジネス製品の市場での入手性を高め、競争力で優位性をもたらします。

ラピッドプロトタイピングで用いられる製造プロセスの中でも、3Dプリントは欠陥チェックに必要な試作を生み出し、実用製品としても納期を守れます。3Dプリント大量生産は製品自体を作るだけでなく、他の製造プロセスを助けるエンティティを作ることにもあります。例えば、3Dプリント射出成形金型を作れば、射出成形の大量生産を支援できます。

作るものを素早く変更できる柔軟性

生産用3Dプリントでは、エラーや変更の必要性が生じた際、製造中のものを容易に変更できます。この特性は3Dプリントバッチ生産で重要で、設計者は試作を作って欠陥チェック、パーツ機能分析、試作タイプに応じたその他の作業が可能です。結果として、エラー検出時に設計者が容易に変更できます。

製品カスタマイズ能力

パフォーマンスと美観は成長するビジネスの基本要件です。パフォーマンスは製品品質、美観は顧客魅力の面からです。両方とも製品カスタマイズに依存します。最近用いられる様々なラピッドプロトタイピングプロセスの中で、生産用3Dプリントがカスタマイズに最も適しています。

受注に応じて生産を遅らせたり増やしたりできます。新タイプ製品の需要があれば、3Dプリント生産パーツの設計変更も要求できます。3Dプリントで利用可能な様々な材料タイプも、カスタマイズを非常に容易にします。

大量生産パーツ向け3Dプリント材料

3Dプリントには3つの材料カテゴリーがあります。各カテゴリーは独自の特徴と特性を持つ異なる材料で構成され、異なる製品に適しています。以下に一般的な材料を示します。

プラスチックポリマー

プラスチックはボリューム3Dプリントで最も一般的な材料です。3Dプリント玩具、家庭用器具、デスク用品、花瓶などの製造が可能です。プラスチック材料の人気は、堅さ、柔軟性、滑らかさ、カラーオプションなどの特徴によるもので、これらは3D生産パーツでの使用をさらに向上させます。一般的なプラスチックポリマーのタイプを以下に示します。

ポリ乳酸（PLA）

天然原料から作られる環境に優しいプラスチックで、生分解性で知られます。ソフトとハードの2形態があり、強度を示します。ハードPLAは硬度、強度、耐久性から大量生産でより一般的です。

アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）

ABS材料またはレゴプラスチックは、強度、堅さ、柔軟性で知られるプラスチックポリマーです。多くの色があり、チケット、玩具、ジュエリー、花瓶の製造に一般的な生産用3Dプリント材料です。PLAとABSの材料選びで迷ったら、当社ウェブサイトの記事をご覧ください。

ポリカーボネート（PC）

高温対応ノズル設計の3Dプリンターに適したプラスチックポリマーです。高強度、靭性、絶縁性、耐熱性・耐衝撃性により大量生産で一般的です。電気・通信製品の製造に適しています。

ポリアミド（ナイロン）

強度、柔軟性、プリント製品への高精細ディテール実現性から、ボリューム3Dプリントで人気の材料です。ファスナー、トイカー、フィギュアなどのプリントに一般的に使用されます。

レジン

レジンは柔軟性と強度が限られるため、3Dプリント材料としては少数派です。UV光にさらされると最終状態に達し、様々なカラーオプションがあります。使用可能な3つのレジン材料カテゴリー：

高精細レジン

滑らかな表面で小型モデルに精巧なディテールを提供します。設計テストに最適な材料です。

塗装可能レジン

美的魅力があり、レンダリングされた顔のディテールを持つ製品製造に適しています。

透明レジン

3つの中で最も強く、多くの製品に適しています。滑らかな表面と透明な外観が必要なモデルに適しています。

金属

金属は3Dプリント材料として2番目に人気があります。直接金属レーザー焼結（DMLS）または選択的レーザー溶解（SLM）で使用されます。3Dプリントでは金属は粉末形態で使用されます。粉末はまず硬度を得るため加熱され、鋳造を回避します。その結果、粉末を直接利用できます。その後、表面仕上げプロセスを経ます。強度と耐久性から大量生産用3Dプリント材料として一般的で、代表的なもの：

• ステンレス鋼：水に触れる製品向け
• 青銅：花瓶や器具向け
• 金：3Dプリント指輪、ブレスレット、その他ジュエリー
• ニッケル：硬貨
• アルミニウム：薄い3Dプリント金属向け

大量生産向け積層造形プロセス

積層造形は3Dプリントの産業生産名で、材料の層を作ることで様々な複雑さのオブジェクトを作れます。従来製造とは対照的に、効率的、効果的、信頼性が高いです。以下にいくつかの積層造形プロセスを示します。

バインダー・ジェッティング

粉末材料と接着剤として働くバインダーを用い、液体結合剤を粉末粒子に層ごとに堆積させます。航空宇宙パーツ、医療デバイス、自動車コンポーネントなど、多くの産業用途があります。

指向性エネルギー堆積（DED）

セラミックス、金属、ポリマーなど多くの材料と互換性があります。材料を溶かしながら堆積・融合させます。メカニズムは修理と再構築でより一般的です。

材料押出法

加熱ノズルから必要な材料を押し出す一般的な積層造形プロセスです。ベッドが垂直に動き、ノズルが水平に動きます。接着剤や温度制御メカニズムで形成された層同士を接着させます。

粉末床溶融結合（PBF）

金属積層造形プロセスです。レーザー、熱、電子ビームのいずれかを利用して粉末材料を溶融・融合させ、固体の三次元パーツを形成します。

シート積層

2つの方法で構成されます。一方、積層造形法（LOM）は視覚的魅力を持つ、紙と接着剤を交互に重ねた製品製造に適しています。他方、超音波積層造形（UAM）は超音波溶接でアルミニウム、ステンレス鋼、チタンなどの金属を接合できます。

光造形（バット光重合）

液体レジンフォトポリマーの槽を用い、層ごとにオブジェクトを作ります。ミラーを用いてフォトポリマー化によりレジンの連続層を硬化させます。

ワイヤーアーク積層造形（WAAM）

アーク溶接電源とマニピュレーターを用いて製品を構築する積層造形プロセスです。正式にはアーク堆積と呼ばれ、主にワイヤーを材料源として使用します。

大量生産への3Dプリント適用事例

大衆向け3Dプリントは、ビジネスと消費者双方へのメリットから一般的な用語になりつつあります。現在、多くのプロセス適用事例があります。以下からいくつか知見を得てください。

アディダス × カーボン：スニーカーの大量生産

アディダスはカーボンのデジタルライト合成（DSL）技術を用い、格子状ソールを約20分でプリントしています。DSLはソールの格子構造造形に最適で、快適、軽量、柔軟なソールを実現します。この構造により、靴がアスリートの脚の動きにより良く反応し、より良いクッション効果と安定性を生み出します。

アライン・テクノロジー：大量生産、3Dプリント、パーソナライゼーション

アライン・テクノロジーは、パーソナライゼーション、大量生産、3Dプリントを組み合わせ、インビザラインのオーダーメイドアライナーを製造しています。同社は3DシステムズのSLAマシンを用いてトレイの金型を設計し、完全にオーダーメイドされた状態でサーモフォーミングされます。

シャネル：ハイテクマスカラブラシの3Dプリント

2018年、シャネルはエルプロ3Dファクトリーと協力し、ボリューム・レボリューションマスカラブラシを製造しました。工業規模で生産され、エルプロ3Dファクトリーによると2017年以来、毎日稼働する15台のマシンで1,700万パーツを3Dプリントしています。積層造形の導入により時間とコストが削減され、生産速度とブラシ設計が改善されました。

フォームラブズ：3DプリントCOVID-19検査用綿棒

コロナパンデミック初期、フォームラブズは3Dプリントを用い、オートクレーブ滅菌可能で生体適合性のある鼻咽頭綿棒を製造しました。3Dプリントにより、国家のニーズを満たす生産レートを実現しました。

フォトセントリック：パンデミック対策で呼吸器用バルブを3Dプリント大量生産

コロナパンデミック発生時、フォトセントリックも3Dプリントを呼吸器互換バルブの大量生産に活用しました。3台の3Dレジンプリンターを使用し、一晩で600個以上、週4万個のプリントが可能でした。これは緊急時における3Dプリンターの性能を示しています。

結論

3Dプリントは精度、使いやすさ、複雑な製品製造能力で知られるラピッドプロトタイピングプロセスです。アディダス、フォームラブズ、シャネルなどの企業がビジネスに採用し、売上拡大とより幅広い顧客獲得に成功しています。ここから、現代における3Dプリント大量生産のメリットと、原則をビジネスに応用する企業の考え方がわかります。

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よくある質問（FAQ）

大量生産で3Dプリントは高コスト？

他の方法と異なり、3Dプリントは少量生産により安価です。大量生産でも安価です。射出成形のような初期費用も不要です。

3Dプリントは製造より速い？

はい、3Dプリントはほとんどの従来型とラピッドプロトタイピングプロセスより速いです。例えば射出成形と比較すると、成形プロセスに重要な射出成形金型の作成が不要です。

3Dプリントは大量生産に使える？

はい、3Dプリントは大量製品製造に適した方法です。その手法ベースで使うことも、設計者が別のラピッドプロトタイピングプロセスを容易かつ低コストで活用するのを助けるベースでも使えます（例：射出成形用金型の製造に適する）。3Dプリント大量生産はアディダス、シャネルなどの企業で一般的になっています。