イノベーションを解き放つ：中小製造業者が積層造形から得るメリット

著者：Dave Pierson

「積層造形が業界イノベーションの鍵と聞くが、実際どう価値を生むのか？」

「積層造形機を見たが、資本支出を抑えたい時に費用をどう正当化できるか？」

「積層造形への投資に値するか？」

MEPナショナルネットワーク™を通じて中小製造業者（SMM）向け積層造形カンファレンスを開催・参加するたび、こうした質問を受けます。オハイオ州MEPの一員であるMAGNETのシニア製品開発エンジニアとして、私の目標は、SMMと他のMEPセンターに、積層造形がいかに小規模ビジネスの大手対抗競争力強化に寄与するかを教育することです。

その一環として、オハイオMEPは2017年NIST MEP助成金（ペンシルベニアMEP宛て）に参画し、積層造形に焦点を当てたManufacturing USAインスティテュート「America Makes」と提携。このインスティテュートは産学官民連携で積層造形・3Dプリンティングのイノベーションと加速を図り、米国グローバル製造競争力強化を目指します。この提携を通じ、オハイオMEPはMEPセンターとSMMの積層造形戦略採用を支援し、ROIメリットと設備購入の手頃なオプションについてガイダンスを提供しています。

では、積層造形の何がそんなに重要なのか？

積層造形は、三次元（3D）CAD技術に慣れ親しんだ人々にとってのネクストステップです。本質的に、3D CADは積層造形活用の基盤です。3D CADのコアコンピテンシーを習得すれば、積層造形への移行準備が整います。

中小製造業者が積層造形からROIを得る方法

元々MITで開発された積層造形は、材料を層ごとに積み上げて3Dオブジェクトや部品を「プリント」します。プラスチック、金属、セラミック、コンクリートなど多様な材料で部品製作が可能です。

積層造形は、以下の点でSMMに大きなROIをもたらします：

• 産業用工具プロセスの改善
• 高付加価値・少量生産部品の製造
• 自社業界・顧客向け高度カスタマイズ製品の創出

この技術は、R&Dプロセスでのよりコスト効率の良い試作も可能にします。積層造形はユーザー体験をモックアップに迅速・効率的に凝縮し、製造業者が3Dプリント試作を製作・評価できるようにします。繰り返しフィードバックサイクルで、より多くの付加価値部品アイデアが生まれます。

航空宇宙・医療製造業者はすでに積層造形のROIメリットを実現しています。今日、成長する中小製造業者が、同一SKUの5,000部品ではなく、異なるSKUの40部品をサポートする「デジタル在庫」へ移行するために活用しています。

例えば砂型鋳造や特殊工具を製造する会社なら、積層造形でそれら部品を数ヶ月ではなく数週間でプリントできるよう支援します。部品製作リードタイム短縮で、デジタル在庫移行が容易になります。

戦略的思考を持つ製造業者は、業界大手と競争するため積層造形へ注目しています。しかし大多数のSMMは、この技術が短期的にも長期的にもどう真に価値を届けるかについて、まだ多くの疑問を抱えています。

SMMと他MEPセンターから受けた、最も一般的な積層造形質問をいくつか紹介します。

Q: どの具体的用途が積層造形の恩恵を受けられますか？

射出成形を使用していますか？ 積層造形なら冷却チャネルを金型形状に沿って設計・構築でき、冷却性能が向上します。このプロセスで金型寿命延長と廃棄削減が可能です。

この技術は軽量化にもより効率的で、軽量プラスチック・複合材など材料選択肢が広がります。材料使用量を減らしながら部品性能を向上させます。

金属鋳造を使用中なら、積層造形でCAD設計から直接砂型・コアをプリントでき、パターンやコアボックスが不要です。従来の工業用鋳造工具と異なり、積層造形は金型・コア製作の時間とコストを大幅削減できます。

Q: 積層造形でリードタイムと製造コストを削減できますか？

積層造形は、カスタマイズされたジャストインタイム部品のプリントを可能にします。工具開発時間とコストを削減し、材料使用量と廃棄を減らします。用途例：保持、ガイド、位置決め、クランピング、シンプルな「ゴー/ノーゴ」ゲージによる部品適合・品質チェック。

積層造形の高精度さは、初品検査用治具製作の時間を劇的に短縮します。その結果、工作機械、治具、ゲージをより速く、より少ない欠陥で製造可能になります。

この技術は三次元測定機（CMM）検査の調整能力も向上させます。Orek社は積層造形でCMM用検査治具を数百個製作。平均して、治具切削加工比で200ドルと6.5日を節約と推定。積層造形活用で、治具製作とCMMプログラミングをクリティカルパスから除外しました。

Q: 積層造形で高価値部品をよりコスト効率よく修理できますか？

高価な金属部品の交換コストに悩んでいませんか？ 指向性エネルギー堆積（DED）は、タービンブレード等のハイエンド部品・設備を、既存部品へ高速堆積で材料を追加し寿命延長する、特定の積層造形アプリケーションです。

この技術は既存CNC設備と組み合わせ可能です。DED装置で部品を造形し、その後CNC設備で適切なサイズと滑らかさまで仕上げます。

積層造形リソースを最大活用する

SMMが積層造形について学び、この技術で今日の3D駆動型産業ランドスケープでの競争力を高めるための、多数の実践的機会があります。

まずは、積層造形ユーザーグループ（AMUG）と、SMEと提携のRAPID + TCTカンファレンスが提供する学習イベントから始めることを推奨します。SMEは、製造技術推進、熟練労働力育成、製造業界の連携を通じて、製造業者のイノベーション・成長・繁栄を支援します。

国立標準技術研究所（NIST）も、金属・ポリマー系アプリケーション向けワークショップなど、積層造形データベースで複数の教育リソースを提供しています。

さらに、MAGNETは現在MITと連携し、約60名のMEPセンター担当者向けオンライン積層造形研修カリキュラムを開発中。研修後、MEPセンターの積層造形アプリケーション習熟度を評価します。

このプログラムの究極の目標は、すべてのMEPセンターが、利用可能な積層造形リソースをより良く活用し、SMMとその顧客の間で成功するインターフェースを開発することです。

共に、MEPナショナルネットワーク、SMM、顧客の間でコンピテンシーとケイパビリティの関係を構築しています。意図する成果は、SMMが積層造形を活用し、1年後だけでなく5年、10年後も競争力を維持できることです。

原文記事：https://www.nist.gov/blogs/manufacturing-innovation-blog/how-smaller-manufacturers-can-take-advantage-additive?utm_medium=email&utm_source=marketingcloud&utm_campaign=