敵か味方か：積層造形と従来の製造

2023年5月8日｜読書時間：3分

他の最新技術と同様、積層造形（AM）は実現した当初は大きな話題となったが、すぐに懐疑的な目で見られるようになった。AMはしばしば、アメリカの労働人口の8.5％（1,285万人の雇用）を占める伝統的製造業を支配しようとする新興企業型の技術として誤解されることがある。現実には、AMと従来の製造業は製造業において友好的であり、21世紀の拡大し続ける道具箱の中のもうひとつの道具である。

アディティブ・マニュファクチャリングと従来のマニュファクチャリングの違いは何ですか？

伝統的な製造業とは、量に関係なく、製品を作るために成形、彫刻、機械加工を行うことを指す。伝統的製造業の一般的な手法には、射出成形、CNC機械加工、鋳造などがある。生産ラインは歴史的に、単一の製品を大量生産するために使用される金型を活用しており、効率的で費用対効果の高い慣行であるため、企業は会社の倉庫で大量生産することができる。

アディティブ・マニュファクチャリングとは、工業用3Dプリントの実践のことで、製品を作るために彫ったり、成形したり、鋳造したりする代わりに、CAD（コンピュータ支援設計）デザインのようにSTLファイルでレイアウトされた経路に従って、3Dプリントビルドチャンバー内でレイヤーごとに構築する。3Dプリンティングは、そのカスタマイズ性と精巧さから、宇宙・航空宇宙分野や医療・歯科産業で広く採用されている。

AMと従来型製造の利点と欠点

伝統的な製造業の利点：

大量生産 - 伝統的な製造業は、企業が単一の製品を迅速に生産することを可能にし、1日24時間稼働可能な生産ラインを構築し、市場の需要に効率的に対応する。
費用対効果の高い生産- 大量生産には、生産量と需要の数値が高ければ高いほど、1個あたりのコストを下げる能力がある。射出成形金型のような先行金型費用の償却もあるため、従来の製造方法で生産すればするほど、各製品の製造コストは安くなる。
部品の一貫性- 伝統的な製造では、部品の一貫性が高く、元の設計からほとんど逸脱することなく、同じ自動化された製造工程を繰り返すことができる。

従来の製造の欠点：

材料の無駄が多い- 伝統的な製造方法で1つのユニットを削り出したり生産したりする行為は、過剰な無駄を生み出します。最終製品に到達するために材料を差し引くことは、これまでずっと行われてきた方法です。しかし、従来の製造方法のために材料を無駄にする必要がなかったとしたらどうでしょう？
当初のプロトタイプ・デザインから逸脱する能力がほとんどない - 従来の製造は、意図された製品と、そのデザインを刻印または彫刻するために使用されるツールを製造することに依存していた。工具が生産用に作られた後、生産ラインには最初の製品プロトタイプを変更したり追加したりする能力はほとんどない。
低～中程度の生産レベルでは高コスト- 初期金型費用の生産全体での償却が、部品単価を下げるカギとなる。大規模な生産オーダーがなければ、個々のアイテムの製造コストは高くなり、製造経費のために収益が悪化する。

積層造形の利点：

材料の柔軟性- ポリマーまたは金属積層造形を活用することで、複数の材料で印刷する機会が生まれ、入手可能性や材料の希少性よりも、意図する用途に適合する材料特性や特徴に基づいて最適な材料を選択することができる。これにより、例えば航空宇宙分野の企業は、用途に応じてチタン（Ti64）とアルミニウム（AlSi10Mg）の印刷を切り替えることができます。
デジタル・ウェアハウスと小ロット生産- アディティブ・マニュファクチャリングは「デジタル・ウェアハウス」という言葉を作り出し、STLファイルのライブラリを指先で操作できるようにすることで、物理的な在庫施設ではなく、コンピュータの中に倉庫があることを表現している。何個、何を印刷するかを決定できる能力により、車輪（またはスタンプ）を再設計するのではなく、限られた生産ラインにアクセスし、迅速に対応することができる。
カスタマイズと部品の統合 - STLファイルを使用すると、プロトタイプまたは初期設計を変更して、数分以内にプリンターに送信できます。製品用のツールを作成する必要はなく、レーザーとSTLファイルがガイドマップとして連動し、完全な製品を構築します。AMを使用した設計では、3Dプリンティングの複雑な機能により、部品の統合も可能です。

積層造形の欠点：

初期費用- AMシステムの購入費用は、産業用3Dプリンティングの初心者にとって、最初は大きなショックを与える可能性があります。しかし、従来の製造業がCNCマシンや鋳造ツールの初期コストを償却するのと同様に、AMシステムのコストは、ビジネス仕様に基づいてオンデマンドでプリントしたり材料を変更したりする能力によって、時間の経過とともに10倍になって回収されます。
後処理- AMアプリケーションの製造後に直接、平滑化、染色、仕上げを行うプロセスでは、部品製造を効率的に完了させるために追加のツールや装置が必要になることがあります。これにより、プロジェクト全体の完了予定日に若干の時間が加わりますが、展示されるアプリケーションをお持ちの方は、そのアプリケーションに最適な物理的外観に到達することができます。
ビルドサイズの制限- AMシステムのビルドボリュームはサイズによって異なり、すべてのアプリケーションの寸法に対応できるわけではありません。アプリケーションの複雑さや、AMがお客様のソリューションであるかどうかに応じて、当社の姉妹組織であるAMCM（Additive Manufacturing Customized Machines）は、より大きな造形容積、より強力なレーザー、微細な解像度（FDR）などの仕様を追加したEOSシステムを修正および構築することができます。

どのプロセスが自分に適しているかを知る方法

どちらのプロセスにも利点と欠点があり、用途と生産目標に最適なものは何かということが重要です。全く同じシンプルな製品を大量生産するのであれば、射出成形のような伝統的な製造の方が合理的かもしれません。製品のカスタマイズ、複雑な幾何学的デザインや内部構造、時間の経過とともに拡大・縮小する可能性のある生産目標がある場合、AMは短期・長期の両方の製造に検討する価値があります。

アディティブ・マニュファクチャリングと従来型マニュファクチャリングが生産工場内で連携している例：

バウアーホッケーREAKTヘルメット

当初、バウアーがコラボレーションについて話し合ったとき、彼らはAMがプロトタイプから生産までスケールアップする能力に懐疑的だった。しかし、カスタマイズの人気が着実に高まっていることを活用することで、利益を得ることができることも分かっていました。また、万人向けではなく、その人に合うようにカスタマイズされたヘルメットを提供したいと考えていました。バウアーは、EOS Additive MindsとDigital Foamの協力を得て、3Dプリント製品ラインと全体的な生産を拡大する予定です。

AMが御社の生産能力とポートフォリオにどのように加えることができるかについてもっとお知りになりたい場合は、今すぐ当社の営業チームにご連絡いただき、オプションと生産目標についてご相談ください。