製造業における3Dプリントの事例

近年、積層造形（および3Dプリント）を取り巻く誇大宣伝が非常に多くなっています。しかし、この技術はすべてのメーカーにとって本当に実現可能ですか？状況によります。

身体の部分から家まで、製造業では添加剤としても知られる3D印刷は、消費者にとって見出しに値する技術の流行から、医療用インプラント、自動車、航空部品などの実行可能でアクセス可能な建築手段へと急速に移行しました。工業デザイナー向けのプラスチックプロトタイプ。

アディティブマニュファクチャリングとは正確には何ですか？ MIT Technology Reviewは、機械が「材料の極薄層を1つずつ追加することによってオブジェクトを構築する」3D印刷の工業用バージョンとして説明しています。既存の材料から要素を差し引いたり削除したりする従来の機械加工作業（従来の金属加工、フライス盤、CNC機械加工のように）ではなく、積層造形はゼロから構築されます。

アディティブマニュファクチャリングの利点は何ですか？社内の工具や顧客の部品や材料のニーズに合わせて製造を革新し、カスタムメイドするための幅広いオプションを企業に提供し、「製造中に失われる材料の量を減らし、製品の歩留まりを向上させ、および/または労働投入量を減らす」ことでコストを削減します。デロイトユニバーシティプレスに、ツーリング用の3Dアプリケーションの詳細を説明する記事を掲載しました。

3Dプリンティング：積層造形の採用が急増しています

PwCとTheManufacturingInstituteの調査によると、メーカーの約3分の2がすでに何らかの形でこのテクノロジーを採用しており、半数以上がすでにプロトタイピングに使用しています。これは、わずか2年前から35％と大幅に増加しています。技術を試しているメーカーの数。

そして調査が示唆するように、製造業者は添加剤を取り巻く急速な成長はより速い速度を上げるだけであると想定しています。製造業者の半数以上が、わずか2年前の38％に比べて、今後5年以内に積層造形が大量生産に使用されると予想しています。

金属の積層造形の市場は、これらの発見を裏付けています。 SmarTechPublishingの「金属粉末を使用した積層造形2017」の調査によると、積層造形システムと金属粉末材料の市場は2016年に9億5,000万ドルを超え、2026年までに66億ドルに成長すると予想されています。

3D印刷、積層造形の課題：時間とコスト

アディティブマニュファクチャリングを取り巻く大きな誇大宣伝にもかかわらず、理解すべきいくつかの制限があります。まず、積層造形は製造に時間がかかる可能性があります。金属のCNC機械加工で達成する種類のボリュームを作成することは、リンゴとリンゴの比較ではありません。

「金属の場合、これは別の問題です」と、StarRapidの創設者兼社長であるGordonStylesはEngineering.comとのインタビューで述べています。 「CNC機械加工用に設計されたものを3Dプリントしても意味がありません。印刷時間は素材の量に比例するため、当然、印刷は非常に遅くなります。 CNC用に設計されたほとんどの金属部品は膨大であるため、3Dプリンターでは長い時間がかかります。」

いくつかの会社がプロセスを促進するために取り組んでいる、とStylesは述べています。しかし、その改善されたテクノロジーは、ビジネスにとってもう1つの大きな課題であるコストを引き起こします。アディティブマニュファクチャリングは高額になる可能性があるため、すべての「コストレバー」を理解することが重要です。高度な製造業産業戦略コンサルタントであるジェイソンT.レイ氏はこのように述べています。

「AM[アディティブマニュファクチャリング]の目新しさと機械の購入に必要な高い先行投資コストのために、使用例は、費用便益主導のプロセスではなく、釘を探すハンマーに変わることがよくあります」とレイは記事の中で述べています。 DisruptiveMagazineの「AdditiveManufacturingのコストの計算」。 「これが発生すると、再設計の重要性が減り、企業は元々従来の製造方法用に設計されたコンポーネントを製造することになり、AMに関連する最終用途のメリットのほんの一部しか獲得できなくなります。」

しかし、ノッティンガム大学からの報告が発見したように、それは永遠に当てはまらないかもしれません。彼らの理論：機械技術がより進歩するにつれて、生産に添加剤を採用するための経済的事例はより実現可能になります。ただし、マシンが同じである限り、コストは引き続き高くなります。

「今日は限られていますが、10年後には何百もの利用可能な資料が表示されます」とStylesはEngineering.comに語りました。 「問題は実際には材料の入手可能性ではなく、材料を切り替えるために必要な時間と労力です。今日、新しい材料のために機械を回転させるのに約24時間かかります。」

ただし、CNC加工は積層造形よりもコストがかかる場合があります。しかし、確実に見つける方法は1つしかありません。

「最良の方法は、ラピッドプロトタイピングサービスプロバイダーから2つのプロセスの見積もりを取得することです」とStyles氏は説明します。 「しかし、経験則の1つは、これです。部品をCNC機械加工できる場合は、おそらくCNC機械加工の方が安価です。また、90％の場合、これは真実です。」

それに加えて、Stylesは、一部の添加剤材料が、サポートの取り外しを含む、CNC機械加工からのさらなる作業を必要とする可能性があるという事実も強調しています。さらに、熱はおそらくすべての中で最も大きな問題であり、文字通り、製品を引き裂く恐れがあります。

工場での3D印刷：プラスチック、部品、工具、ハイブリッド

課題はさておき、プラスチックでプロトタイピングする場合、積層造形にはいくつかの大きな利点があります。プラスチックを使用したプロトタイピング用のCNC機械加工の場合、問題は円筒形のカッターにあり、これらのタイプの設計で一般的な内部の四角い角を機械加工することは困難です。 3D印刷では、カスタマイズの機会、およびプロトタイピングの試行錯誤が、製品、部品、およびツールの設計者にとって理にかなっています。

アディティブマニュファクチャリングは、「迅速なターンアラウンドが必要で、セットアップ、ツールアップ、および同様の準備時間の節約の恩恵を受ける少量の場合に理想的です。ただし、実際の部品あたりの時間は、純粋なサブトラクティブプロセスよりもはるかに長くなる可能性があります」とCEOのBobWarfield氏は述べています。 CNCクックブックの創設者、ハイブリッド機械加工（加法混色と減法混色のプロセスが共存する）に関する記事。

部品と工具の積層造形ケース

アディティブマニュファクチャリングの実際のユースケースは注目に値します。主要な産業メーカーのいくつかは、添加剤の可能性を最大限に活用しています。ここに主要な産業プレーヤーからのいくつかの例があります。

GEは、いくつかの方法で毎年生産するLEAPジェットエンジン用の25,000個の燃料ノズルの費用を節約できると期待しています。第一に、添加剤技術は製造中に使用する材料が少なくて済みます。従来の技術では、20個の部品を細心の注意を払って溶接する必要がありました。そして、それらは大量の廃棄された無駄な材料を生み出しました、とMITTechnologyReviewは述べています。

「何千ものジェットエンジンで使用される重要な金属合金部品を大量生産するという決定は、この技術にとって重要なマイルストーンです」とMITTechnologyReviewのMartinLaMonicaは書いています。 「そして、消費者や小規模な起業家向けの3D印刷は多くの注目を集めていますが、技術が最も重要な商業的影響を与える可能性があるのは製造業です。」

ここでの添加剤プロセスでは、レーザースプレーで成形するハイブリッド金属粉末を使用します。これにより、部品が軽量化され、航空会社の燃料節約につながります。このプロセスは、製造業者にとってより安価に製造できます。また、新しい部品により、顧客のコストが削減され、真のウィンウィンが実現します。

デロイトは、ツーリングにおいて、添加剤の使用について説得力のある事例を示しています。添加剤プロセスによるラピッドプロトタイピングにより、鋳造および内部ツーリング製造のリードタイムが大幅に短縮された実例を詳しく説明しています。デロイトは、フォードモーターカンパニーが、フォードエクスプローラーのEcoBoostエンジン、ローターサポート、トランスミッションカバー、ブレーキローターに主に添加剤を利用した方法について説明しています。

「同社はAMを使用して、プロトタイプ部品の鋳造に使用される砂型とコアを迅速に作成しています」とデロイトは述べています。 「これにより、フォードはリードタイムを最大4か月短縮し、会社に数百万ドルを節約しました。」

ハイブリッド加工の場合：加法混色と減法混色

ハイブリッドと言えば、アディティブマニュファクチャリングツールのメーカーは、アディティブとサブトラクティブの両方の機能を備えたハイブリッドマシンの開発を開始しました。これらの「ハイブリッド」マシンは、3D印刷の幾何学的な自由度と、CNC機械加工の正確な性質を組み合わせています。

「たとえば、メンテナンス施設のタービンの交換部品など、非常に少量の非常に洗練された部品を処理する必要がある場合を想像してみてください」とWarfield氏は述べています。 「このような[ハイブリッド]マシンは理想的かもしれません。」

ただし、これらの新しいツールの多くでは、メーカーは単一の部品の製造に限定されており、多くの場合、デジタルファイルから直接製造することはできません。これは、付加的な戦略だけで達成できることです。

「金属3D印刷は、解放技術と考える必要があります。 、」はスタイルを強調します。 「これで、一見不可能と思われる部品を設計し、それでも製造することができますが、重要なのは、材料の量を最小限に抑えることです。」

大規模なメーカーにとって、添加剤は影響を及ぼしています。しかし、デロイトが指摘しているように、その影響はイノベーションの正しい文脈に置く必要があります。

「現在、工具製造用のAMは、サプライチェーンと製品の効率と有効性を向上させるほど、サプライチェーンや製品設計に革命を起こすことはありません。ただし、AMテクノロジーが向上し続け、ツールへのAMの使用が増え続けるにつれて、企業のイノベーション能力を高めることで、企業のサプライチェーンや製品に直接影響を与えることができるようになる可能性があります。」

あなたの店は積層造形を完全に採用していますか？このテクノロジーに関する最大の課題は何ですか？以下のコメントでお知らせください。