アディティブ製造で期待できること：包括的ガイド

CADファイルから非機能プロトタイプを3Dプリントするのは比較的シンプルな製造プロセスですが、コンセプトから生産まで、まったく新しい製品開発プロジェクトに着手するのは、特に未熟なアディティブ製造技術を使用する場合、より困難かもしれません。

3Dプリントプロセスの理解

3Dプリントプロセスは、部品に材料を徐々に追加することを含むため、従来の製造プロセスとは異なります。対照的に、CNC加工は工作物から切削工具で材料を除去して部品を形成する減法プロセスであり、射出成形は溶融熱可塑性プラスチックを予め形成された金型チャンバーに注入するプロセスです。

3Dテクノロジーは多くの新しい手続き上の課題を提示します。例えば、3Dプリンターのビルドボリュームにより、部品を複数のビルドに分割して後工程で組み立てる必要がある場合があります。また、材料押出時の発熱により一部の部品が反る可能性があります。同様に、一部の3Dプリント技術には生産上の考慮事項があります：溶融積層造形（FDM）は部品に積層ラインを残し外観に影響する可能性があり、HP Multi Jet Fusion（MJF）プロセスはプリント後の冷却と洗浄プロセスを伴います。

これらの要因を念頭に置いて、アディティブ製造（AM）プロジェクトをよりスムーズかつ効率的に進めるために、生産開始時に何を期待すべきかを知っておくことができます。そのために、アディティブ製造プロセスのステップバイステップガイド、アディティブ製品設計アプローチの比較、各段階で関わる意思決定をハイライトしたワークフロー図をまとめました。

アディティブ製造プロセスへの3つのアプローチ

部品と製品の具体的な手順は様々ですが、アディティブ製造プロジェクトは一般的に3つのカテゴリーに分類されます：

• アプローチA：短納期生産とプロトタイピング

例： プロトタイプまたは部品の承認済みCADファイルがすでに存在し、30時間以内に部品が必要な場合。

• アプローチB：既存設計をAM向けに最適化するために修正する

例： 現在この部品を射出成形で生産しているが、アディティブ製造でオンデマンド生産することでサプライチェーンをシンプルにし、倉庫コストを削減できると考えている場合。

• アプローチC：アディティブ技術での生産のために、新しい部品や製品をゼロから設計する

例： 新しい部品のコンセプトがあり、以下の2つの理由のいずれかでAMで生産したい場合：従来の製造方法では部品を製造できない、低〜中量生産ではAMの経済性が有利。

どのアディティブ製造アプローチが私に適していますか？

アディティブ製造向けにゼロから新しい部品を設計することは、パフォーマンスとコストメリットの両方を最大化する最大の機会を提供します。時間がかかる可能性がありますが、「白紙」から始めるのは、アディティブ製造のための設計（DFAM）原則を用いて部品を完全に最適化する方法です。

Fast Radiusで扱うプロジェクトの大半は第2カテゴリーに該当します：AM向けに最適化するための既存設計の修正。このシナリオでは、企業は従来の製造方法で既に生産している部品を持ち、アディティブ生産への移行を求めています。

第2および第3のアプローチの両方で、初期ファイルはあなたの要件に従ってフルスクェール生産のために検証されます。これには包括的な生産部品承認プロセス（PPAP）が必要になる場合があります。その後、後続のオーダーはシンプルで短納期の生産プロセスになります。Fast RadiusのようなAMプロバイダーを利用する大きなメリットの一つは、生産サイクルを加速し、場合によっては翌日には部品を納品できることです。

アディティブ製造プロセス：ステップと意思決定

上記の3つのアプローチは、異なる製品開発プロセスにまたがります。それらのプロセスにおける主要なステップと意思決定ポイントを以下のワークフロー図にまとめました。覚えておいてください：あなたの提案プロジェクトがどのカテゴリーに属するかに関わらず、部品が求める品質、信頼性、パフォーマンスレベルで製造・納品されることを保証するために、AMプロバイダーからエンドツーエンドのサポートが必要です。

既存部品をアディティブ製造向けに修正するプロセス

ステップ1：AM生産の強力なビジネスケースを持つ部品を特定する

既存部品を生産グレード・アディティブ製造向けに適格化したい場合、最初のステップはそうするための強力なビジネスケースがあるか確認することです。

Fast Radiusのような、ビジネスの観点からアディティブ製造プロセスに適した部品を特定するのを支援できる会社を見つけるのが良いでしょう。高回転スペア部品はここでの良い候補です：元の部品が射出成形で作られていても、アディティブ技術で同等の性能基準でスペアを作ることが可能です。また、アディティブでは単一部品単位で発注できるため、倉庫コストを削減し、「ネバーアウトオブストック」在庫プログラムを採用できます。

ステップ2：部品を設計する

スペア部品がAM生産向けに修正される場合、完成部品の形状は既存アセンブリにシームレスに適合するように作られる必要があります。

これらのケースでは、実際の設計作業は部品の形状に大幅な変更を加えることではなく、アディティブ生産向けの最適化のための微細な設計修正を行い、完成部品が重要な要求寸法を満たすことを確認することです。設計イテレーションを通じて、もし部品が重要な寸法（クリップやギャップの線形寸法など）で一つでも公差外であれば、安定した寸法を得るために再設計または再配向が必要です。本質的には、既存設計から始め、アディティブ生産向けに適格化するために必要なリバースエンジニアリングを実行することを意味します。

ステップ3：材料とプロセスの選択

生産前に、あなたのアプリケーションに許容される材料を特定し、それらの材料で部品を製造できるAM技術を比較する必要があります。

部品に必要な性能要件（弾性率、引張強さ、圧縮強さなど）から始め、部品が使用される環境（外部露出、コンプレッサー内部など）を考慮します。これらの要因を用いて適切な材料リストを作成し、利用可能なAM技術の利点と課題を比較します。

複数のプロセスと材料がアプリケーションで許容される場合、生産パートナーはそれら各技術で作られたサンプル部品をプリントし、フルスクェール生産でどれを好むか判断できます。

ステップ4：反復的な生産設計とテスト

許容される材料とプロセスのリストを選択したら、生産エンジニアリングプロセスを開始できます。

3Dプリントプロセスの変数を理解し、寸法精度、性能、外観の面でフルスクェール生産に必要なレベルに達したら、それらをロックインすることが重要です。望ましい出力に達するまで複数のイテレーションが必要になる場合がありますが、必要な検査やテストで検証された要件を満たす部品ができたら、すべての生産情報がデジタルパッケージにまとめられます。Fast Radiusではこれを「ビルドパッケージ」と呼びます。ビルドパッケージには、プリントパラメータ、後処理、梱包考慮事項など、部品が期待通りに製造・納品されるために必要なすべての情報が含まれます。これには以下の要因が関係します：

• サポート構造設計
• サポート除去ツール
• 表面仕上げパラメータ
• 硬化時間
• 治具と固定具の指示

これらすべての詳細は、アディティブ製造プロセスから失敗を設計的に排除する方法を表します。ビルドパッケージは本質的に、Fast Radiusのような企業の誰でも、世界中どこでも確実に部品をプリントできるように必要なパラメータをダイヤルインします。

ステップ5：オンデマンド生産とグローバル充足

部品が承認されると、オンデマンドで生産され、グローバルに納品できるようになります。

オンデマンド製造はAM生産の主要なメリットです。本質的に、需要が生産を必要とするまで部品をデジタルで保管でき、時間とともに販売・配布される大量のスペア部品を物理的に倉庫保管する必要を排除します。Fast Radiusでは、この効率メリットを最大化し、あなたの部品ファイルと関連するバーチャルツーリングパッケージの両方をバーチャルウェアハウスに保管しています。

アディティブ製造向けのエンドユース部品の設計と生産は反復的です。どの段階で部品がクライアントの期待（性能、寸法精度、外観）を満たさない場合、製品開発プロセスを停止し、エンジニアが故障点を特定し、それを設計的に排除する方法を見つけられます。

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