アディティブ マニュファクチャリングが生産に革命をもたらす理由:主な利点

積層造形 (AM) 一般に 3D プリントとして知られる、マテリアルをレイヤーに追加してオブジェクトを作成するプロセスです。この方法は、材料の固体ブロックを切り取ってオブジェクトを作成するサブトラクティブ マニュファクチャリングとは反対です。 AM では、プラスチック、金属、生体材料、さらには食用材料など、さまざまな材料を使用できます。溶融堆積モデリング (FDM)、ステレオリソグラフィー (SLA)、選択的レーザー溶解 (SLM)、マテリアル ジェッティングなど、その用途と機能を拡張する 3D プリンティング技術の進歩により、その人気は最近急上昇しています。

AM には従来の製造方法に比べて多くの利点があります。コンピュータのモデルや設計は電子的に簡単に転送したり、インターネット経由で共有したりできるため、AM を使用すると、企業は製品テスト用の機能プロトタイプを迅速かつコスト効率よく開発できます。さらに、従来の生産ラインの最小要件や生産能力の制限を気にすることなく、限定的な生産稼働をサポートします。この柔軟性により、製造プロセス全体を通じて必要に応じて変更に対応し、迅速な設計調整も可能になります。 

積層造形の主な利点

次の記事では、積層造形を将来の好ましい製造方法として位置付けている最近の技術進歩に焦点を当てて、積層造形の利点のトップ 4 を紹介します。これらの利点は、今日の積層造形の変革の可能性を示しています。業界でのこのテクノロジーの導入が進むにつれて、複雑な設計機能から生産スケジュールの加速までのメリットが製造環境を再構築しています。

自由にデザインして革新

製品エンジニアが信頼できることの 1 つは、変更や再設計が避けられないことであり、適応性はエンジニアリングの重要な側面となります。 AM は、迅速な反復を可能にし、イノベーションとデザインを最前線にもたらすことで、このダイナミクスをサポートします。単に物理的な部品を作成するだけでなく、従来の製造や機械加工によく見られる時間やコストのペナルティを負うことなく、エンジニアは生産プロセスにおいて創造的な自由を得ることができます。この柔軟性は AM の大きな利点であり、効率的かつコスト効率の高い設計調整の機会を提供します。これは、ツーリングや機械加工のために提出された設計の 60% 以上が生産中に変更されていることを考慮すると、特に当てはまります。これはかなりの量であり、従来の製造では、これはすぐにコストの大幅な増加と時間の遅れにつながります。積層造形は、従来の静的設計から脱却し、エンジニアが最小限の追加コストで複数の反復またはバージョンを同時に試行できるようにすることで、この問題を解決します。

ペナルティなしでその場で設計および革新できるこの自由により、生産スケジュールの加速、製品品質の向上、製品設計の多様性の向上、そして最終的には製品の生産量の増加など、大きな利益がもたらされます。これは企業にとって、生産の合理化と市場投入までの時間の短縮による収益増加の可能性を意味します。

グリーンマニュファクチャリングのサポート

積層造形によって従来の製造方法と生産方法が大幅に合理化されることは明らかです。この圧縮プロセスは、環境フットプリントが小さいことも意味します。鉄鋼の採掘プロセスや従来の製造に必要な設備変更プロセスを考慮すると、積層造形が持続可能な代替手段とみなされている理由が簡単にわかります。

AM には電力が必要ですが、そのエネルギー消費量は通常、部品を製造するための多くの従来の製造方法よりも低くなります。さらに、各部品に必要な材料のみを使用することで廃棄物を最小限に抑え、AM プロセスで使用される特定のプラスチックはリサイクル可能です。積層造形は、燃料排出量の削減に不可欠な車両や航空機の軽量用途にも非常に効果的です。積層造形プロセスを使用して製造されたコンポーネントを使用すると、製造エンジニアは内部が半中空のハニカム構造の固体部品を構築できます。これらの部品は、固体部品に匹敵する優れた強度重量比を維持します。ただし、主な違いは、これらのコンポーネントが従来のサブトラクティブ製造法よりも最大 60% 軽量化できるため、最終製品に関連する燃料コストと環境への影響が大幅に削減されることです。

工場の物理学による収益の向上

企業の収益を向上させる最も効果的な方法の 1 つは、リスクを軽減し、予測可能性を高めることです。デジタル積層造形テクノロジーは、工場物理学の原理を通じて、これまで予測不可能だった生産方法を変革し、工場の作業負荷を分析してバランスをとることで予測可能にします。 Xometry.com などのオンライン見積エンジンと CAD ソフトウェアからの自動体積計算により、エンジニアはリアルタイムの納期を受け取ることができます。 

さらに、AM マシンには、継続的に追跡および監視できる定義済みのボリューム容量があり、工場負荷の正確な管理と自動化が可能になります。これにより、価格設定が動的になり、負荷や容量などの工場の物理指標に即座に対応します。また、エンジニアにコストを管理するための信頼できる方法を提供し、予測不可能なスケジュールやサプライ チェーンの中断のリスクを軽減します。 3D プリンターやその他の AM 機器は、生産が開始される前であっても、CAD ファイルを読み取って構築時間と材料要件を決定できます。これにより、生産能力をより適切に計画し、顧客に正確な納期を提供し、中断することなく将来のニーズを予測して工場の生産能力をスケジュールできるようになります。

部品をすぐに入手しましょう

現時点では、オンデマンドの部品の入手可能性が AM の重要な利点として認識されている可能性が高く、部品への即時アクセスにより、より機敏な製品開発および設計プロセスが促進されるため、それは当然のことです。  この利点により、従来の製造上の制約を受けることなく反復および再設計を行う柔軟性が強化されます。見積りから生産、出荷まで、積層造形のあらゆる段階でスピードが重要です。これは、従来の製造がスケールアップできるまで、ブリッジ ソリューションとして使用される最終用途の部品やコンポーネントに当てはまります。 

いずれにせよ、ほとんどの場合、技術間の架け橋として機能する積層造形で終わります。これが、私たち Xometry のアディティブおよびサブトラクティブ マニュファクチャリング サービスのセットアップ方法です。たとえば、自動車メーカー向けに従来の部品を製造しているサプライヤーが倒産したり、機械がメンテナンスのために停止したり、機械の稼働率が 100% で必要な部品を製造する能力がなかったりすると仮定します。自動車メーカーは、Xometry などの積層造形会社に依頼して、工場の稼働を維持するために必要な熱可塑性プラスチック部品を即座に生産できます。継続的な生産を可能にするこれらのパーツ オンデマンドがなければ、工場は数週間にわたってアイドル状態となり、会社の収益が数千ドルに達することになっていたでしょう。

付加製造が政府のアプリケーションに与える影響のもう 1 つの例は、軍の重要な救命設備をオンデマンドで利用できるようにする役割です。パトロールや夜間任務に従事する兵士にとって不可欠な軍用懐中電灯の生産が設備変更のために一時的に停止されたとき、AM は重要な解決策を提供しました。新しい懐中電灯の設計を迅速に検証できるようにすることで、AM は従来の工具プロセスが追いつくのを待たずに組み立てを進めることができました。 AM に夜間の設計調整能力がなければ、遅れは少なくとも 12 週間かかっていたでしょう。これは、ミッションの準備と安全性に影響を与える可能性のある大幅な待ち時間です。

迅速な部品生産に対する需要は、特に業界が AM などの実現テクノロジーに精通するにつれ、着実に成長すると予測されています。従来の製造会社は、より効果的に需要に応えるために、オンサイトの積層造形能力の拡大にすでに投資しています。  導入が進むにつれて、積層造形の効率向上とリードタイム短縮の可能性はさらに広がり、デジタルファーストの世界的にネットワーク化された製造施設への移行の基礎が築かれるでしょう。Xometry のような企業は、この変革の最前線に立ち、オンデマンドのデジタル主導の生産ソリューションの進歩を先導しています。 

グレッグ・ポールセン

Xometry のシニア ソリューション エンジニア兼ビジネス開発リーダーとして、Greg Paulsen はエンジニアリングと成長の交差点で働いています。彼は、製造のための設計リソースを開発し、複雑なカスタム製造プロジェクトについてコンサルティングし、組織がプロトタイプから製品に移行するのを支援します。グレッグはお客様と緊密に連携し、CNC 加工、積層造形、板金、ウレタン鋳造、射出成形など、少量のプロトタイプから大規模生産に至るまで、プロジェクトの要件に基づいて適切な製造ソリューションを特定します。

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