3D プリンティングと従来の製造:方法と利点の専門的な比較
3D プリンティング、または積層造形は、CAD またはデジタル 3D モデルから 3D モデルを構築するプロセスです。プロセス中に、材料が層ごとに堆積されて、目的のオブジェクトが形成されます。対照的に、伝統的な製造プロセスとは、材料を研削、穴あけ、機械加工によって除去するか、金型に流し込むことができる確立された製造技術を指します。
3D プリンティングと従来の製造には、動作原理の違いに加えて、他の違いもあります。従来の製造では、生産、工具、組み立てにかかる労力にかかる初期費用とランニングコストを償却するために大量生産が必要です。一方、3D プリントの場合、製造コストは数量に依存しないため、少量の場合はより経済的になります。 3D プリンティングでは、設計の柔軟性が向上し、従来の方法では必ずしも当てはまらない 1 台の機械だけを使用して製品を製造する機能も提供されます。 3D プリントは、小型から中型のオブジェクトを製造する場合、多くの従来の製造方法よりもはるかに高速です。この速度の向上は、従来の製造で使用される鋳物や金型のツールを作成するのに時間がかかるためです。ただし、従来の製造には 3D プリントよりも多くの材料の選択肢があります。
この記事では、3D プリントと従来の製造の違いについてさらに詳しく説明し、それぞれの長所と短所、および代替案を紹介します。
3D プリントの定義と従来の製造との比較
テクノロジーとしての 3D プリンティングは、1983 年に Chuck Hall によって発明されて以来、大きく進歩しました。当初はラピッド プロトタイピング方法として設計されましたが、現在では真の製造プロセスに成長しています。 3D プリントは、設計の自由度、複雑な設計の作成能力、大量カスタマイズ、費用対効果の高い少量生産方法など、製造業に多くの利点をもたらします。
3D プリンティングでは、多くの従来の製造プロセスのように、大きな材料ブロックから製品を切り出すサブトラクティブ プロセスとは対照的に、オブジェクトをレイヤーごとにプリントします。その結果、3D プリントでは材料の無駄が少なくなります。 3D 印刷の種類には、直接エネルギー堆積、樹脂ベースのプリンター (または VAT 重合)、バインダー ジェッティング、材料押出、材料ジェッティング、パウダー ベッド フュージョン、シート ラミネートなど、幅広い種類があります。あらゆる形式の 3D プリントは、これらのカテゴリのいずれかに分類されます。 3D プリント技術では、オブジェクトのプリントに使用できる材料の幅広い選択肢も提供されます。現在 3D プリントを使用している業界には、ロボット工学、航空宇宙、自動車、医療、歯科、スポーツ、その他の消費者向け製品が含まれます。詳細については、「3D プリントとは」に関するガイドを参照してください。
以下の図 1 は、3D プリントされるアイテムの例です。
MJF
で印刷された部分従来の製造と比較した 3D プリントの利点は何ですか?
3D プリントには、従来の製造方法に比べて、次のようないくつかの利点があります。
<オル>従来の製造と比較した 3D プリントの欠点は何ですか?
3D プリントと従来の製造の欠点は次のとおりです。
<オル>3D プリンティングは、樹脂、フィラメント、粉末などの小さなベース材料から部品を成長させる製造プロセスです。これは、大量の材料ストックから部品の形状を切り出す機械加工などの従来の製造とは異なります。これにより、3D プリントには、事前のセットアップやツールを必要とせずに、少量で高度にカスタマイズ可能なコンポーネントを作成できるという利点があります。
グレッグ・ポールセン
アプリケーション エンジニアリング担当ディレクター
従来の製造の定義と 3D プリントとの比較
製造業の歴史は、原材料が有用な製品に生まれ変わった 1900 年代の産業革命にまで遡ります。この期間中、人間の労働（少なくとも部分的に）から化学製造と機械への移行が起こりました。従来の製造プロセスは主にサブトラクティブです。これは、オブジェクトが機械加工されるか、大きな材料ブロックから除去されることを意味します。従来の製造方法は、成形、形成、機械加工、接合の 4 つの主要なグループに分類できます。これらのプロセスは、主に工具、成形、および/または鋳造のコストと、プロセスの全体的な設計の柔軟性が限られているため、通常、大規模製造に適しています。簡単に言うと、たとえば、50 ユニットしか製造されない場合、カスタマイズの開発に必要な初期費用を回収するのが難しいため、カスタム製品のコストは正当化されません。
3D プリントと比較した従来の製造の最も重要な利点の 1 つは、幅広い材料選択が可能であることです。プロセスもより確立されています。ただし、設計の柔軟性、コスト、速度の点では 3D プリンティングの方が優れています。 従来の製造プロセスは、木材、鉄鋼、プラスチックなどの材料で作られた製品を大量生産する業界で一般的に使用されています。これらには、家具、ペットボトルやタンク、おもちゃ、織物、鞄の製造が含まれます。以下の図 2 は、CNC マシンの例です。
Xometry の CNC マシン
3D プリントと比較した従来の製造の利点は何ですか?
以下に、従来の製造プロセスが 3D プリントに比べて持つ利点の一部を示します。
<オル>3D プリントと比較した従来の製造の欠点は何ですか?
3D プリントと比較して、従来の製造プロセスには次のような制限があります。
<オル>3D プリントと従来の製造の比較表
以下の表 1 は、3D プリンティングと従来の製造を比較しています。
表 1. 3D プリントと従来の製造の比較
属性
リードタイム
3D プリント
速い
伝統的な製造
遅い
属性
材料の選択
3D プリント
良い
伝統的な製造
素晴らしい
属性
表面仕上げ
3D プリント
中程度
伝統的な製造
素晴らしい
属性
収益性
3D プリント
スケールに依存しない
伝統的な製造
大規模生産
属性
設計の複雑さ
3D プリント
はい
伝統的な製造
いいえ
属性
カスタマイズ性
3D プリント
はい
伝統的な製造
いいえ
3D プリントは、少量生産、複雑またはカスタマイズされた部品、完全に組み立てられたコンポーネント、および迅速な生産に最適です。ただし、表面仕上げや単純な物の大量生産に関しては、伝統的な製造方法の方が優れています。
3D プリンティングと従来の製造:鉛コストの比較
3D プリンティングと従来の製造のコスト比較は、生産されるユニットの数によって異なります。従来の方法の初期コストはかなり高くなりますが、大規模な生産によりそのようなプロセスは経済的になります。 3D プリントの場合、コストは数量に依存しません。基本的に、ユニットごとに定額料金が適用されます。
3D プリントと従来の製造:速度の比較
3D プリントは従来の製造よりもはるかに高速であることが知られています。これは主に、生産を開始する前の従来のプロセスの成形および鋳造ステップによるものです。 3D プリントでは、これは問題になりません。デザインは CAD または 3D モデリング ソフトウェアを通じて作成され、3D プリンターでモデルが印刷されます。
3D プリントと従来の製造:生産量の比較
従来の製造プロセスは大量生産に使用できることで知られる確立された工業プロセスですが、3D プリントはラピッド プロトタイピングや小規模生産に最適です。したがって、従来のプロセスは主に、ペットボトルなどの単純なデザインのバッチ生産に使用されます。一方、3D プリンティングは、優れた設計の柔軟性とカスタマイズを提供します。これを使用して、設計のトラブルシューティングを行ったり、大量生産が行われる前に設計に軽微な調整を導入したりできます。
3D プリントと従来の製造:材料の比較
3D プリンティングでは材料の選択肢が広がり、かなりの数のオプションが提供されていますが、従来の製造プロセスではより幅広い材料の選択と範囲が提供されます。しかし、3D プリンティング技術の継続的な進化により、近い将来、材料範囲の点で従来の製造プロセスと競合できるようになるのはほぼ確実です。
3D プリントと従来の製造の相互代替手段は何ですか?
3D プリントと従来の製造の両方に代わる方法は次のとおりです。
- 迅速なツール :ラピッド ツーリングを使用すると、メーカーがツールとして機能する部品を迅速に製造できるツールまたは金型が製造されます。少量の射出成形が主に使用されます。ラピッド ツーリングは、3D プリントと CNC マシニング（従来の製造における主要なサブトラクティブ製造法の 1 つ）を使用して部品を迅速に製造するという点で、3D プリントと従来の製造の両方に似ています。
3D プリントと従来の製造の類似点は何ですか?
作動部品を製造する能力を除けば、3D プリントと従来の製造との間にはあまり類似点がありません。
従来の製造以外の 3D プリントの比較は何ですか?
3D プリントのもう 1 つの代替手段は次のとおりです。
- 3D プリントとレーザー切断: 3D プリンティング (特に SLA、SLS、SLM) とレーザー切断は、どちらのテクノロジーもレーザーを使用して部品を製造するという点で似ています。
3D プリント以外の従来の製造との比較は何ですか?
従来の製造に代わる別の方法は次のとおりです。
- 従来の製造とスマート製造: スマート製造に関連するスマート ファクトリーは、従来の製造プロセスと機械をデジタル化します。
概要
この記事では、3D プリンティングと従来の製造プロセスを比較し、アプローチ、材料の選択、生産量、その他の要素がどのように異なるかを確認しました。 3D プリンティングまたは従来の製造プロセスの詳細については、Xometry の担当者にお問い合わせください。
Xometry は、プロトタイピングや生産のあらゆるニーズに対応する 3D プリンティングやその他の付加価値サービスを含む、幅広い製造機能を提供します。詳細を確認するか、義務のない無料の見積もりをリクエストするには、当社の Web サイトにアクセスしてください。
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ディーン・マクレメンツ
Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。
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