ものづくりのための設計（DfM）：製品成功のための重要原則

製品デザイナーが素晴らしいアイデアを持ったとき、あらゆる手段でそれを実現しようとします。しかし、アイデアは、製造業者が機械と材料を使って現実に変えられる範囲でしか偉大ではありません。ここで「ものづくりのための設計（DfM）」が役立ちます。

一部のデザイナーは製造プロセスを軽視し、自分たちにはほとんど関係ないと考えます。しかし、これは製品設計への危険なアプローチです。設計と製造は表裏一体です。したがって、このような軽視のアプローチは最終的に劣った最終製品を生み出します。

この記事では、試作段階でDesign for Manufacturingがなぜ重要なのかを議論します。また、お客様のビジネスがDfMのメリットを活用してより良いプロトタイプを作り、最終的にはより良い最終用途部品と製品を作る方法も見ていきます。

DfMとは？

Design for Manufacturing（ものづくりのための設計）は、プロトタイプと部品を製造プロセスに適した方法で設計することの重要性を強調する製品設計哲学です。多くの製造業者はこれを「Design for Manufacturability（製造容易性のための設計）」または単にDfMとも呼びます。

このプロセスには、設計のいくつかの側面を考慮することが含まれます。これらの側面には形状と提案材料が含まれます。提案された方法で設計がどれほどうまく実現できるかという観点からパラメータを見ます。

これらの方法は、CNC加工、3Dプリント、射出成形、またはその他のものかもしれません。ある意味、Design for Manufacturingを妥協の一形態と考えることができます。製品デザイナーは非常に壮大な野心を持つかもしれませんが、DfMは現実チェックとして機能します。

選択した製造設備と材料を使用して、製造が困難、遅い、または高価になる機能を変更することが不可欠です。場合によっては、Design for Manufacturingには部門間、さらには複数の企業間での協力が含まれます。

これは、デザイナーとエンジニアがツールメーカー、製造業者、材料サプライヤーと連絡を取る必要があるためです。この連絡は、プロジェクトの可能性と制限を評価するのに役立ちます。

例えば、一部の設計はある種類の5軸CNCマシニングセンタでは達成可能ですが、別の種類では不可能かもしれません。他の場合、特定の金属合金の入手可能性が、特定の機能の実現可能性を決定するかもしれません。

Design for Manufacturing vs. Design for Assembly

これらは密接に関連した2つの概念であり、それらを区別することが重要です。Design for Assembly（組立のための設計）は、メンテナンスと修理のために製品の組立と分解の容易さを最大化するように製品を設計することです。

このアプローチは通常、使用部品数の削減などの原則に焦点を当てます。これにより、部品の挿入の容易さを確保します。また、組立要件と仕様をシンプルで繰り返し可能な動きに限定します。

Design for Manufacturingの重要性

DfMの意味を見てきたので、なぜDesign for Manufacturingが重要なのかを検討する必要があります。製造容易性のための部品設計は、プロトタイプであっても重要です。

DfMは製品設計への保守的なアプローチに見えるかもしれませんが、生産者と消費者の両方に具体的なメリットをもたらす傾向があります。一方、DfMを考慮しないことは、部品故障や非効率な製造につながる可能性があります。

Design for Manufacturingが重要な理由は以下の通りです：

製造実現可能性の保証

おそらくDfMの最も基本的なメリットは、製造実現可能性の保証と部品故障の防止です。製造設備が現実的に構築できる部品を設計することで、企業は事前に知ることができます。これにより、3Dプリントの崩壊、金型に詰まる部品、危険な切りくずの蓄積などの問題を経験しません。要約すると、Design for Manufacturingは品質保証のために重要です。

製造速度の向上

Design for Manufacturingは製造速度の向上にも貢献します。製造設備に適した適切に設計された部品は、切削工具やその他の機器がより効率的に仕事をできることを保証します。

射出成形のDesign for Manufacturingで見られる速度向上のシンプルな例は、射出成形部品へのドラフト角の組み込みです。ドラフト角により、成形された各部品を金型から迅速に排出できます。ドラフトのない部品は、一方で除去に力が必要です。また、表面間の摩擦が部品を損傷する可能性があります。

プロジェクト全体コストの削減

この速度の向上は、プロジェクト全体のコストを大幅に削減できます。DfM部品とプロトタイプは、より少ない時間と労力で済みます。それにより、電力使用量などを削減し、スクラップの削減にも役立ちます。

自動化と簡素化を可能にする

製造しやすい部品を設計することは、自動化の可能性も高めます。これは、監視の必要性が減るためです。場合によっては、シンプルな設計変更により、複数の機械とセットアップの必要性を排除することで生産を簡素化できます。

ワークフローへのDesign for Manufacturingの追加

設計と製造に関して、エンジニアリングと製造技術の基本的な知識を持つデザイナーなら誰でもDfM原則を採用できます。すべてのプロジェクトはユニークです。

したがって、潜在的な製造プロセス、材料、その他の要因の分析が設計要素を決定するのに役立ちます。Design for Manufacturingは必然的にケースバイケースで機能します。しかし、より良いプロトタイプと部品につながるほぼ普遍的なルールがいくつかあります。

1. 簡素化する

コンポーネントの総数を減らすことで、より効率的な製造が可能になります。組立ラインでの時間も短縮されます。これらすべてが、より迅速なターンアラウンドとコスト削減につながります。

2. 標準または汎用コンポーネントを使用する

特注コンポーネントがプロジェクトの成功に役立つか妨げるか自問してください。標準コンポーネントは大量生産され、特注コンポーネントより安価です。

3. 機械に優しい材料を使用する

材料は製造容易性に影響するため、DfMを組み込む際に重要です。特定の高炭素鋼が部品に望むすべての特性を持っているかもしれません。しかし、CNCマシンを使用する必要がある場合、最終的にすべての人の生活を困難にします。その場合、より機械に優しい材料を選択する必要があります。同様の制約が3Dプリンターやその他の機械にも適用されます。

4. ファスナーの使用を最小限に抑える

コンポーネントにスナップクロージャとタブを組み込むことで、別途ファスナーに必要だった製造時間の大部分を削減できます。

5. ゆるい公差を許容する

厳しい公差はより多くの機械時間を必要とし、したがってより多くのコストがかかることを覚えておいてください。したがって、設計と製造において、部品の機能を損なわない限り、可能な限りゆるい公差を使用してください。

RapidDirectによるDesign for Manufacturingの支援

RapidDirectでは、当社プラットフォーム上でCNC加工部品の自動かつ無料のDesign for Manufacturability分析を提供しています。このプラットフォームには、CADファイルのCNC加工製造容易性の問題を自動的にチェックするAIエンジンが組み込まれています。これにより、設計が工場に送られる前に製造準備が整っていることを保証します。

エンジンは製品のDfMを以下の観点で分析します：

• 全体的な機械加工性
• 半径と穴の深さ
• 内部コーナーの深さ
• 穴と溝の直径
• 壁厚

設計が特定の基準でテストに合格すると、プラットフォームは緑のチェックマークを表示します。失敗した場合、赤いバツ印を表示し、問題を簡単に修正できる設計指示を示します。

当社のDesign for Manufacturingフィードバックツールは主にCNC加工プロジェクト向けに構築されています。しかし、経験豊富で高度なスキルを持つスタッフが、生産前に詳細なDfM分析を実施することもできます。製造プロセスに関わらず、適切な製造プロセスを確保する専門知識があります。

これにより、問題のある設計が生産に出されることはありません。設計をアップロードするだけで、無料のDfM分析と24時間以内の見積もりを取得できます。

Design for Manufacturingガイドライン：主要原則

Design for Manufacturingのいくつかの基礎原則を理解することは重要です。これらの原則は共通の概念に従います。製造上の問題を設計決定に結びつけます。このように設計と製造を結びつけることで、全体的な生産プロセスが改善されます。

製造プロセスの選択

使用される生産プロセスは、製品の全体的なコスト構造において重要な役割を果たします。完全に合理化されたDfM戦略は、複数の基準であらゆる代替案をモデル化できる必要があります。

製造現実に対応した設計選択

悪い設計選択は生産ラインに破壊的な影響を与えます。例えば、射出成形部品の厚みを不必要に変化させると、部品の冷却時間が増加する可能性があります。堅牢なDesign for Manufacturing戦略は、設計選択と生産上の懸念の関係をデザイナーが理解できるように装備する必要があります。

スマートなコンポーネント選択

場合によっては、既製品を選択する必要があります。これは製造容易性をシンプルにし、全体的な機能を維持するのに役立ちます。適切なDesign for Manufacturingツールは、既製品と特注部品の選択における製造への影響を簡単に比較できるようにするべきです。

公差と仕様

理想的には、Design for Manufacturingツールは、仕様、機能要件、コスト目標を用いて、材料仕様のより精密な最適化を支援すべきです。

工具（ツーリング）

適切なDesign for Manufacturingアプローチは、異なる設計によるツーリングニーズによる総コストを見積もるべきです。わずかに高価な部品が最適な場合があります。

結論

Design for Manufacturingは、生産プロセスから最高の結果を得るために不可欠です。この記事では、DfMがなぜ重要なのかを検討しました。また、DfMをワークフローに効果的に追加するのに役立つ基本原則についても議論しました。Design for Manufacturingプロセスから最高の結果を得るには、経験豊富なパートナーと協力することです。今すぐRapidDirectにお問い合わせください！