貴社に積層造形（3Dプリンティング）は適しているか？実践的な意思決定ガイド

積層造形、通称3Dプリンティングは、未来的な斬新さから広く利用可能な技術へと進化しました。積層造形は1980年代半ばから存在していますが、この技術の利用と商業化の成長は過去5年間で爆発的に拡大しました。プリンターはより高速、低価格、コンパクトになり、プラスチックと金属材料の選択肢も増え続けています。

積層造形は、生産部品の作成とサポートの方法を変えることで、従来の手法の限界を打ち破ります。適切な状況に適用すれば、より効率的かつ高性能な製品を提供できます。メリットはそれだけでなく、製品廃棄物の削減から複雑な部品の低コスト化、少量生産での収益機会まで、3Dプリンティングには豊富な財務的メリットがあります。

この包括的なガイドでは、積層造形、そのメリット、導入時の検討事項など、深い情報を網羅しています！

クイックリンク

• 積層造形とは？
• 製造施設で積層造形を活用する6つのメリット
• 貴社に積層造形は適しているか？この製造技術を導入する前の5つの検討事項
• CMTCで積層造形への投資を最大化！

積層造形とは？

積層造形、または3Dプリンティングは、デジタル設計から実体オブジェクトを作成するプロセスです。従来の2Dプリンターがコンピューターを使ってファイルを読み取り、布や紙に平面的な2次元レプリカを印刷するのに対し、3Dプリンティングはデジタルファイルから物理オブジェクトを作成し、材料を層ごとに積み重ねて完成した3次元オブジェクトを形成します。

積層造形技術は、三次元オブジェクトを1層ずつ微細に構築します。各層は、部分的に溶融した材料の前の層に結合します。つまり、製造プロセスで材料を削って穴などの部品形状を作る代わりに、積層造形では完成品に最初から穴が形成された状態で部品が構築されます。

積層材料は、金属粉末、セラミック、熱可塑性プラスチック、ガラス、さらにはチョコレートまで、ほぼあらゆる種類の物質が使用可能です。その結果、3Dプリンターは万能ではなく、3Dプリンティングには多様なオプションがあり、用途によってプリンターの種類が異なります。

積層造形は、金属、プラスチック、複合材料など多様な媒体で、物理モデル、プロトタイプ、工具部品、生産部品の製造に使用されてきました。ほぼあらゆる形状を3Dプリンターで複製でき、部品は多様な色で、さらには複数の材料を用いて製造可能です。

製造施設で積層造形を活用する6つのメリット

3Dプリンティングは、革新的な産業製造能力で称賛されています。世界中の企業が推奨するこの製造技術を貴重な資産たらしめるいくつかの利点があります：

開発コストの削減

この先進製造技術は、初期コストのせいでやや高価という固定観念があります。しかし、長期的な開発コスト削減はコスト節約メリットをもたらします。

機械運用コストの面では、3Dプリンターのサイズによります。ほとんどのデスクトップ3Dプリンターはノートパソコン程度の電力を使用しますが、大型産業用3Dプリンターははるかに多くの電力を使用します。それでも、複雑なオブジェクトを一工程で製造できる能力は、より高い効率と生産性をもたらします。

3Dプリンティングの主なメリットの一つは、人件費の削減です。後処理を除けば、ほとんどのプリンターは自立しており、オペレーターの支援をほとんど必要としません。3Dプリンターの人件費は本質的にゼロに近いのに対し、従来の製造では高度な熟練オペレーターが通常必須です。

さらに、少量生産における積層造形は、従来の製造と比較してコスト競争力があります。射出成形、従来の金型、フライス加工、機械加工などの他の製造方法よりも、プロトタイプを3Dプリントする方が大幅に安価です。

製品廃棄物の削減

コンピュータープログラムで設計案を作成し、それを印刷用に送信することで、新しい設計の作成と生産時間が大幅に短縮され、廃棄物も少なくなります。このデジタル・ツー・デジタルプロセスは、従来の試作における追加の中間ステップを排除します。

また、3Dプリンティングはターンアラウンドを向上させます。迅速な反復作成が可能なため、従来の製造では数週間、場合によっては数ヶ月かかっていたエンジニアリングと設計の問題を特定できます。

積層造形は、従来なら困難すぎるか高コストすぎる複雑な設計の作成を可能にします。プロセス開発は、金型やダイスなどの従来の方法で設計とプロトタイプ構築に費やしていた時間とコストを削減して達成できます。プロトタイプ反復で部品や形状が変更された際に金型を廃棄する必要がなくなるため、製品廃棄物も削減されます。

効果的な設計と作成に必要な時間が短縮されるため、最終部品設計の決定をより迅速に行えます。全体として、積層造形は廃棄物が少なく、支出を抑えたより効果的かつ効率的な設計プロセスを提供します。

製品品質の向上

3Dプリンティングの利点は、より良い製品設計とプロセス開発の品質提供にも及びます。積層造形により、人間工学の悪さなどの設計問題を早期に特定し迅速に解決できるため、製造業者は優れた製品を作れます。結果として、3Dプリンティングによりより良い最終設計で部品品質を向上させられます。

さらに、この技術進歩により、エンジニアは従来の製造方法ではコスト効率が悪いか、あるいは不可能な複雑で精巧な部品を製造できます。エンジニアはもはや従来設備の制約に縛られません。接合、締結、溶接を必要とするアセンブリとして設計されていた部品を、単一パーツとしてプリントできます。これにより廃棄物を減らしながら、多くの場合製品により高い強度と耐久性を与え、故障の潜在的ポイントを減らせます。

3Dプリンティングは、熱可塑性プラスチックなど多様な物質から部品を作れます。これらの材料の一部は、強度と完全性を維持しながら大幅な軽量化を実現できます。これは、エンジニアが強度を維持しつつ重量を減らしたい場合に非常に有用です。

積層造形は、改善された品質により継続使用に耐える耐久性のある製品を作る貴重な技術となり得ます。

真に迅速なプロトタイピング

「迅速」プロトタイピングが、設計と製造に数週間から数ヶ月のリードタイムを意味していたことを覚えていますか？これは主に、プロトタイプ用工具や治具の製造が必要で、この作業の一部を外注する必要があったためです。多くの製造業者は生産に注力しており、単一のプロトタイプ部品のために貴重な時間を割きたくなかったのです。

積層造形では、3Dプリンターでプロトタイプを設計・製造するのに数時間で済みます。数週間ではありません！「製造のための設計」から「設計のための製造」へ転換できます。さらに、複雑な顧客仕様に特化した部品を製造できます。これはプロトタイピングにおけるゲームチェンジャーです。

貴社にとって何を意味するか？3Dプリンターと専門知識への比較的少額の投資で、新製品のモックアップを迅速に作成し、数日で顧客の手に渡せます。さらに、非常に特定の市場ニッチに対応した部品を製造でき、高利益率製品の生産につながる可能性があります。

人材、専門知識、熱意を貴社に呼び込む手段

ミレニアル世代の人材を呼び込むシリーズの第2弾「ミレニアル世代を呼び込み製造業の未来を守る」では、積層造形やその他の新技術を職場に取り入れて、この層から熟練労働者を呼び込むことを議論しました。その記事で述べたように、積層造形設備を活用して若く熟練した労働者を貴社施設に呼び込めます。

貴社に積層造形は適しているか？この製造技術を導入する前の5つの検討事項

製造プロセスに大幅な変更を導入する際と同様、新しい技術を会社に導入する前に、いくつかの要因を検討し探求する必要があります。

積層造形に伴うマインドセットの変化を認識する

積層造形は製造業者にとって強力なツールですが、積層造形を効果的に活用するには、設計エンジニアと経営管理者のマインドセット変化が必要です。積層造形は、ほとんどの設計、機械、産業エンジニアが学校で学ぶ原則の多くに反します。

例えば、従来は金属板が金属加工プロセスの原材料として使用されてきました。これらの板はレーザー切断されて形状が作られます。設計エンジニアの仕事は、適切なサイズの鋼板を注文し、その板内での部品のネスティングを最適化してスクラップを最小化するプログラムを設計することでした。削り取る鋼が少なければ、スクラップコストが下がり、利益が上がります。

積層造形の場合、プロセスから取り除く材料量を減らすことに焦点を当てるのではなく、必要な場所に材料を追加し、設計段階で削除することで部品を構築します。つまり、鋼板から形状を切り出す代わりに、3Dプリンターを使って同じ部品を積み上げて作ります。形状や特徴が気に入らなければ、単にモデルを変更してもう一回プリントすればよいのです！気に入った設計ができたら、必要なだけコピーをプリントできます。

ご覧の通り、積層造形が関わると設計マインドセットは根本から覆ります。考慮点は、取り除く材料量の削減から、部品設計の最適化と一品一品の構築へとシフトします。

設計エンジニアを3Dプリンティング技術で働けるように再教育する、シンプルで比較的安価な方法をいくつか紹介します：

学ぶ

多くの大学とコミュニティカレッジが積層造形プログラムを開発しています。これらは、学位専攻や認定プログラムから、積層造形ワークショップやセミナーまで多岐にわたります。積層造形イベントも、エンジニアと経営管理者が技術についてより深く学ぶ機会を提供します。これはあらゆる重大なプロセス変更にとって不可欠です。

読む

「Make Magazine」のような雑誌は、3D材料の事例を紹介し、プリンターモデル間の比較を提供して、貴社に適したものを選べるようにしています。インターネットにも積層造形と3Dプリンティングに関する豊富なデータがあります。弊社ウェブサイトにも積層造形の情報とリソースに特化したセクションがあります。

ネットワークを築く

周囲に尋ね、3Dプリンティングを使用している地元の製造業者とつながりましょう。彼らがどのように機能を活用し、能力を最適化しているか学びます。製造業者ネットワーク、地元商工会議所、イベントなどで、技術を使用している他の人々を見つけられるかもしれません。

実験する

パーソナルおよびデスクトップ3Dプリンターのコストは、より多くのモデルが登場し、この市場での競争が激化するにつれて劇的に下がりました。デスクトップミニプリンターは500ドル程度で購入できます。積層造形をオペレーションに組み込むことを検討しているなら、1台または数台購入してエンジニアに提供しましょう。フォード・モーター社が行っているように。技術について学び、マインドセットを変えるのに、設計者とエンジニアに技術を触らせる以上に良い方法はありません。設計者とエンジニアが積層造形の能力をより良く理解すれば、貴社のニーズに適した産業グレードの積層造形技術を特定するのがずっと容易になります。

新技術は恐ろしいものですが、同時にワクワクするものでもあります！今後5年間の積層造形の約束はスリリングです。カスタム機能義肢の生産から、大半の小学校教室と家庭での3Dプリンティング活用まで。

CMTCで積層造形への投資を最大化！

3Dプリンターの使い方がわからない場合はどうでしょう？積層造形が市場に登場した当初、技術の活用を支援するリソースはわずかしかなく、存在したものも非常に高価でした。貴社が積層造形技術と、貴社の状況への応用可能性を理解するための、無料または安価な他の方法があります。CMTCは積層造形ウェビナーを後援しており、積層造形分野の専門家とリソースによるプレゼンテーションが含まれます。

カスタマイズ部品への需要が高まり続ける中、積層造形プロセスは将来ますます関連性を増していくでしょう。AM設備メーカーは、より多くの企業がこれらの技術を採用し始めるにつれ、製造業の未来が完全に変革されるのは時間の問題だと予測しています。

CMTCはこの前進の道の重要性を認識し、積層造形で貴社の製造会社を変革するお手伝いをします。詳細についてはお問い合わせください！