金属3Dプリンティングコストに関する5つの誤解を解明

ストラタシス・ダイレクト・マニュファクチャリングでは、プロジェクトエンジニアがよく受ける質問があります：3Dプリント金属注文のコストに影響するものは何ですか？部品サイズと形状が価格に影響するのは理解できますが、3Dプリンティングサービスのコストを変える他の詳細もあります。時には、金属付加製造（AM）に関する誤解が、設計者やエンジニアがこの技術を追求することを躊躇させることがあります。

付加金属部品の価格設定に影響する5つの誤解と、コスト効率の良い部品を確保するために注力すべき点を分解しました。

1. AMプロセス向けの設計（DFAM）

部品形状は、3Dプリンティングプロジェクトにおいてしばしば最大のコスト要因です。設計がサイズ、複雑さ、部品に必要な材料量を決定します。従来の製造制約がないため、複雑な設計はAMでよりコスト効率が良くなります。エンジニアリングプラクティスである「付加製造向け設計（DFAM）」は、エンジニアがAM技術で製造するために製品をシンプル化し最適化するために利用されます。

また、3Dプリント部品の形状は必要なサポートの数に影響し、あなたの設計を製造するために使用されるサポート材料の量が価格に影響します。自己支持角度（通常45度以上）を持つ設計は、より少ないサポート材料を使用し、材料費とビルド時間の両方を削減できます。サポートが多いほど、部品の価格は高くなります。

部品の向きも、必要なサポートの数において重要な役割を果たします。再配向はサポートに必要な材料量を大幅に削減し、したがってコストを削減できます。最適な向きを決定することは、コストと部品の完全性のバランスです。例えば、XY平面上で水平に造形してコストを節約すると、フィーチャー定義の喪失、サポートのトラップ、さらには公差外に歪んで使用不能な部品になる可能性があります。

AM向け設計の際は以下を覚えておいてください：

• 工具制約を心配する代わりに、3Dプリンティングで機能のために設計する
• 複雑さは付加プロセスでのコストドライバーではない
• 自己支持角度（通常45度以上）で設計を最適化する
• 内部通路には涙滴形状を利用してサポートを回避する
• 性能と部品統合のために設計し、構築に必要なアセンブリコンポーネントの数を減らす

DFAMについてさらに学ぶ：DMLM設計ガイドをダウンロード »

2. 金属合金材料の選択

もう一つの大きなコスト要因は、プロジェクトでどのAM金属材料を選ぶかです。鋳造グレードのアルミニウムから、ニッケル合金718のような機械的に高度な金属まで、さまざまな用途ニーズに対応する材料があります。多くの金属は、耐薬品性、生体適合性、液体酸素適合性などの性能特性により高コストです。

超合金や高強度金属を選びたくなるかもしれませんが、あなたの用途がフィットや機能テストのみに必要だったり、部品が単一操作のみで使用される場合は、よりコスト効率の良い材料を検討すべきです。ステンレス鋼316LやアルミニウムAlSi10Mgのような付加金属は、低コストプロトタイプに最適で、依然として優れた熱特性と強度を提供します。

3. 生産量とコストのバランス

プロジェクトが少量生産（通常1〜1,000個）を必要とする場合、3Dプリンティングは良い製造オプションです。プロジェクトの各部品がカスタマイズされている場合、さらに適しています。シリアル化やその他の区別によるハイミックスの部品は、従来の製造制約なしで製造する方がコスト効率が良いです。カスタマイズを伴う少量プロジェクトの工具や型を開発するのは非常に高価です。

例えば、ダナ・ピアセッキ博士と彼の小さな会社DanaMed™は、Pathfinder™ ACLガイドと呼ばれるユニークな手術器具を開発しました。このツールは、患者の膝の解剖学に合わせて特別に形作られ、患者の膝のサイズと左右の膝の違いに対応する6つの別バージョンがあります。DanaMedは、DMLMでニッケル合金718を使用して部品を製造し、投資鋳造で所望の数量のツールを製造する場合と比較して、3Dプリンティングが部品あたり約97%安いことを発見しました。

DanaMedのPathfinderについて詳しく読む »

4. 二次操作と後処理

付加金属部品の製造において重要なのは、顧客仕様を満たすために利用される後処理プロセスです。付加金属の新しい用途と材料が開発されるにつれ、後処理能力も拡大し、望ましい仕上げと重要なコンポーネント機能に対応しています。一部の顧客は、3Dプリント金属部品が弱く、強化のために多くの二次操作が必要だと懸念しています。しかし一般的に、DMLM部品は鋳造グレード以上の機械的特性で優れた結果を達成し、鍛造特性で機能します。

ストラタシス・ダイレクトでは、熱処理、機械加工、焼鈍、基本的なメディアブラストや機械仕上げ（造形時250-350 μin RA）から鏡面仕上げやその他の指定仕上げまで提供しています。これらの操作は、部品により高い要求がある場合に必要かもしれませんが、一部のプロトタイプや非構造/非荷重支持コンポーネントは二次プロセスを必要としない場合があります。後処理が必要かどうか、または造形時の部品を利用して全体的なコストを節約できるかどうかを評価するのが最善です。

DMLM部品の利用可能な後処理についてさらに学ぶ »

5. 検査と品質保証操作

付加製造部品は、AMを製品開発に統合し始めた会社で厳しく精査される可能性があります。内部の懸念を和らげるために、設計者とエンジニアは必要以上に多くの検査と適格性評価を選択することがあります。100%検査が必要な場合もありますが、多くの場合、統計的サンプリングと重要因子を検査に活用することで、QC機能に関連するコストを軽減できます。

検査と適格性評価は、プロジェクトのリードタイムに加算されるため、高コストな操作になる可能性があります。すべてのお客様に、あなたの用途にどの種類の検査操作が必要かを評価することを提案します。業界と用途要件によっては一部の品質検査が必要な場合がありますが、すべての検査が小規模な機能プロトタイプに必要とは限りません。

DMLMプロジェクトを開始する準備ができたら、これら5つのことを念頭に置き、プロジェクトエンジニアと相談して、部品性能とコストの最良のバランスを確保してください。