アディティブ製造による部品統合で革命を起こす

機械的アセンブリは、消費者製品と産業製品の両方で一般的です。比較的安価な製品でも数十個の個別コンポーネントを持ち、複雑な機械では数百、数千のコンポーネントで構成されることも容易です。アディティブ製造（AM）により、高度な部品統合が可能になり、場合によっては組み立ての必要性さえ排除できます。

部品統合におけるアディティブ製造のメリット

AMは、従来の製造方法では製造できない複雑な形状を生産する独自の能力を持っています。通常であれば多くの部品が個別コンポーネントとして製造され、その後組み合わされる機械的アセンブリを、形状が非常に複雑でも単一ユニットとしてアディティブ製造できます。設計簡素化に加えて、AMを部品統合に使用することで他の具体的なメリットがあります：

全体的な予測コストの低減

AMで部品を統合する最も明確で最大のメリットは、組み立てに必要な部品が減ることで組み立てコストを削減できることです。組み立てを省くことは、品質管理や在庫管理などの潜在的なコストドライバーも削減することを意味します。AMで複数の部品を一つとして製造することで、隠れたコストとプロジェクト遅延のリスクを軽減できます。

材料削減

従来製造では、部品複雑性が増すと部品コストも通常増加します。AMではそうではありません。部品複雑性が増しても部品コストは増加せず、多くの場合コストは減少します。複雑性の増加はしばしば材料使用量の減少を意味するためです。AMを用いると、従来製造と比較して材料使用量を最大70%削減できます。

全体的なリスク低減

部品統合は多くのリスクを軽減または完全に排除します。例えば、サプライヤーが当該部品を供給できなくなるリスクを回避できます。このサプライヤーリスクはアセンブリ内の部品数に比例して増大します。AMで複数の部品を単一ユニットとしてプリントできれば、この問題に遭遇する可能性が大幅に減ります。

他のリスクも軽減されます。部品が個別に組み立てられるのではなく単一ユニットとして製造されている場合、部品故障の発生率が低下します。もう一つのリスクは陳腐化です。部品が寿命を迎えたとき、処分しなければならない残り在庫がありません。

性能向上

多くの場合、AMにより従来製造では不可能な望ましい形状を実現できるため、より高性能な部品を作れます。軽量化、高強度重量比、熱伝達と流体流れ、エネルギー吸収など、製品性能向上にエキサイティングなメリットをもたらすAMの応用例があります。

統合対象部品をどう特定するか？

AMで部品統合を考える際、最初のステップは置き換えようとしているアセンブリの機能に焦点を当てることです。次に、従来製造を用いた元の設計に至った前提を疑う必要があります。

部品統合の分析に構造化されたアプローチを用いると有益です。製造と組み立ての分析に効果的で人気のある方法論として、製造と組み立てのための設計（DFMA®）があります。このモデルは、エンジニアとメーカーがアセンブリ統合プロセスを開始するのを助ける3つの質問で構成されます：

1. その部品は、組み立てられた他の部品に対して相対的に動く必要があるか？
2. その部品の機能のために複数の材料が必要か？
3. その部品は組み立てまたは分解のために分離する必要があるか？

これらの質問を考えることで、設計者はアセンブリに必要な理論的最小部品数を決定できます。これらの質問は出発点として役立ちますが、アディティブによる部品統合を検討すべきかどうかを判断するのに役立つ、いくつかのフォローアップ考慮事項があります：

1. この要件を満たすために複数の部品が必要か？
2. 単一の部品でこの要件を満たせるか？

つまり、部品が適切に機能するために複数の部品が本当に必要なのか？ ラティス構造（またはその他の複雑な形状）を設計に組み込むなど、本質的に同じ機能を果たしながら、全体の部品数と必要材料を削減できる他の解決策はないか？

以下のチャートを参照して、アディティブによる部品統合があなたに適しているか判断してください。

部品統合とアディティブプロセス

別個コンポーネントの数を減らす設計は、部品統合の一要素に過ぎません。統合を可能にする技術を使うことも、製品内の組み立て部品数を最小化するもう一つの方法です。HP Multi Jet Fusion（MJF）などのアディティブ技術では、別個コンポーネントを単一の全体としてプリントできるだけでなく、プリンターから直に完全な可動域を持たせることができます。

どのアディティブ技術を使うかは設計要件によります。例えば、HP MJFでは部品にサポートが不要なため、エンジニアはより複雑な設計と可動ピースを作れます。Carbon®技術ではサポートが必要ですが、可変壁厚を持つ耐久性のあるコンポーネントを一つのピースとしてプリントできます。Carbon®による部品統合の好例は、SteelcaseのSILQチェアアームレストです。アームレストは以前3つの別個ピースで組み立てられていましたが、ラティス構造と複雑な形状のおかげで、今では一つとしてプリントされています。

部品統合の応用例

AMによる部品統合で恩恵を受けられる用途は多数あります。すでに市場には、機械的アセンブリ、流体コンポーネント、構造部品などの応用があります。メーカーは、複数の部品を一つとして設計することで、性能と耐久性の向上を実現しています。具体的に、部品統合が2つの特定用途にどう影響するか見てみましょう。

ポンプインペラ

従来製造のインペラは、別個部品を溶接して組み立てる必要があります。AMでは、これらを単一ピースとしてプリントできます。従来製造ではインペラのコンポーネント間に隙間があります。アディティブ製造では隙間を排除できるため、部品の全体性能が向上します。また、溶接継手が排除されるため、潜在的な故障点が減り、溶接部での腐食が起こらなくなります。

エアダクト

エアダクトも部品統合の優れた候補です。アディティブで可能な複雑な形状を用いて、部品形状と空気流れを最適化できます。この事例は、HP MJFを利用したHP 500/300プリンターシリーズの冷却ダクトです。8つの部品を一つに統合することで、HPはサプライチェーンをシンプルにし、コンポーネントコストを30%削減しました。

メーカーは部品統合により、コスト削減、サプライチェーンリスク低減、性能向上を目指します。AMは、今可能になった複雑な形状により、アセンブリをさらに削減するユニークな機会を提供します。あなたのアプリケーションをどう統合できるか知りたい場合は、今すぐ専門家チームにお問い合わせください。

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