積層造形における主要な障害を克服する:実践ガイド

2022 年 10 月 26 日に公開

元々は fastradius.com で公開されました 2022 年 10 月 26 日

積層造形としても知られる 3D プリンティングは比較的新しいテクノロジーですが、すでに大きな進歩を遂げています。 1980 年代に発明されて以来、3D プリンティングは製造業界でますます普及しており、2021 年の世界の 3D プリンティング市場は 126 億ドルと評価され、2026 年までに 348 億ドルに成長すると予想されています。

アディダスやローリングスなどの企業は、3D プリンティング技術を使用して革新的な新製品を生み出していますが、積層造形は産業規模での導入の課題に引き続き直面しています。調査によると、積層造形を使用する企業の 63% はプロトタイピングの目的のみにこのテクノロジーを使用しており、他の方法では製造できないアイテムの製造にこのテクノロジーを使用している企業はわずか 21% にすぎません。

積層造形における一般的な課題

プロダクショングレードの 3D プリンタは、産業用 CNC マシンや射出成形機よりもはるかに安価ですが、積層造形装置は依然として高価になる可能性があります。実際、Stratasys による調査では、回答者の 25% が積層造形を使用する際の最大の課題として設備コストを挙げています。この反応は驚くべきことではありません。3D プリンターの初期費用を節約するには時間がかかる場合があり、ほとんどの企業では大量の注文を処理するために複数のプリンターが必要であり、これはさらに多くの資金を投資することを意味します。設備投資を正当化できない企業もあります。 

次に、製造および加工コスト自体がかかります。同じ Stratasys の調査では、回答者の 16% が積層造形に関連する製造コストが最大の懸念事項であると回答しました。 3D プリンターは非常に自律的ですが、デジタル ファイルをプリンターに送信し、プリンターが正しく構成されていることを確認し、印刷プロセスを開始する人が必要です。マルチマテリアルの溶融堆積モデリング（FDM）プリントでは、プリント中にフィラメントを交換したり、使用する素材やプリンタに応じてノズル、プリント速度、リトラクト設定、ベッド温度を調整したりするために誰かが待機する必要がある場合があります。最後に、印刷が完了したら、サポート構造を取り外し、高品質の表面仕上げを実現するためにパーツを加工する必要があります。

製造および加工コスト以外にも、追加の設備メンテナンスコストがかかります。 3D プリンターは適切なメンテナンスを行わないと故障する可能性があり、企業は交換部品の到着を待つ間、新しい部品が数日 (場合によっては数週間) も入手できない状態になります。 FDM プリンタの場合、メンテナンスは定期的にベルトの張力を調整し、ノズルから蓄積したプラスチックを除去するという形で行われます。 マルチ ジェット フュージョン (MJF) プリンタでは、定期的なプリントヘッドと加熱ランプのメンテナンスが必要で、年間数千ドルの費用がかかる場合があります。また、光造形 (SLA) プリンタでは、定期的なレジン タンクのメンテナンスや交換が必要です。時間の経過とともに、これらのメンテナンス費用は確実に増加する可能性があります。

積層造形では、プリントの完成時にも課題が生じます。ほとんどの 3D プリント部品には何らかの後処理が必要ですが、これには時間がかかり、全体の人件費とユニットあたりの諸経費が増加します。たとえば、SLA パーツはプリンターから出たばかりの粘性のある余分な樹脂で覆われているため、溶剤で洗浄する必要があります。 FDM 部品は、サポート構造によって残された顕著な層の線や表面の傷のため、サンディングや蒸気による平滑化が必要になることがよくあります。これらの問題を念頭に置くと、調査回答者の 9% が積層造形の最大の課題として後処理要件を挙げたのも驚くべきことではありません。

積層造形が従来の製造方法よりもはるかに新しいテクノロジーであることも注目に値します。射出成形と CNC 機械加工は何十年も前から使用されており、互換性のある材料の大規模なデータベースと世界的に認められた材料標準がすでに存在しますが、積層造形では材料の選択がより限られており、確立された材料標準もほとんどありません。

幸いなことに、積層造形の人気は高まっており、より多くの企業が積層造形材料の開発、標準化、認定に投資しています。実際、2021 年の積層造形における主要なトレンドの 1 つは、新しい積層造形材料の導入でした。最終的には、この研究により、メーカーは積層造形と他のテクノロジーの間のギャップを埋めることができるようになります。さまざまな業界で世界的に受け入れられる標準が確立されることは、積層造形が製造現場でより強固な足場を築くのにも役立ちます。

積層造形に対する技術的課題

射出成形や CNC 機械加工と比較すると、積層造形はプロセスの予測可能性と再現性が低い可能性があります。たとえば、積層造形部品では、表面仕上げを改善するために後処理が行われることがよくありますが、これが適切に管理されていない場合、人的ミスが発生しやすく、厳しい公差要件を満たせない部品が生成される可能性があります。この問題は、航空宇宙分野や自動車分野など、非常に高いレベルの精度が必要な業界で積層造形を使用する場合の課題を表しています。

積層造形により、企業は追加の組み立てを行わずに複雑なオブジェクトを印刷できるようになりますが、後処理技術により納期が長くなり、予算が膨らむ可能性があります。さらに、企業は、3D プリント部品が要求仕様に準拠していることを確認するために、検査および品質管理リソースに投資する必要がある可能性があります。

積層造形における運用上および組織上の課題

比較的新しいテクノロジーである積層造形も、運用上および組織上の課題に直面しています。運用レベルで積層造形を採用した前例がないだけでなく、このテクノロジーに基づいたビジネスおよびコストの計算モデルも不足しています。多くの企業は、デジタル デザインの所有権が不明であるため、3D プリントの使用にも慎重です。

これらの課題に加えて、積層造形のキャリアに特化した専用の教育コースがほとんどないため、テクノロジーとプロセスに関する深い知識を持つ熟練人材が不足しています。これらの要因と、積層造形を特に専門としない企業における積層造形テクノロジーに関する知識が一般的に限られているということは、多くの顧客が積層造形が自社のビジネスにどのような価値を付加できるのかが分からず、多くの場合、自らに不利益をもたらすため、積層造形を完全に避けてしまうということを意味します。

経験豊富な積層造形パートナーと協力して課題を解決する

アディティブ マニュファクチャリングをビジネスに組み込む方法がよくわからない場合、3D プリント用に設計する方法がわからない場合、または独自の 3D プリンタを所有することに伴う投資や技術的課題への準備ができていない場合は、製造パートナーと協力するのが最善です。経験豊富な 3D プリンティング パートナーは、初期の設備コスト、一貫性のない結果、3D プリンティングの知識の不足など、積層造形に関連する主な課題の多くを克服するお手伝いをします。パートナーと協力すると、より多くの添加剤マテリアルやより包括的な後処理オプションにアクセスできるようになります。

SyBridge と連携すると、積層造形技術の設計と材料選択のプロセスに関する洞察を提供し、節約と利益を最大化するためにコスト削減の機会を特定することもできます。積層造形の専門家とお話しするには、今すぐお問い合わせください。