アディティブ・マニュファクチャリングと射出成形はどのように組み合わせられるのか？

2023年01月02日｜閲覧時間：5分

積層造形と射出成形を組み合わせることで、部品のライフサイクル全体をマスターすることが可能です。当社の3ステッププロセスをご覧いただき、ホワイトペーパーをダウンロードして詳細をご確認ください。

両方の長所を選ぶ

積層造形（AM）と射出成形（IM）は、しばしば競合する2つのプラスチック加工技術として描かれる。AMは、従来の製品から市場シェアを奪う破壊的な生産技術として位置づけられることもある。しかし、射出成形は、ほぼ1世紀にわたって開発された成熟した確立された技術であり、様々な用途の大量生産において高い品質と再現性を提供します。

逆に、積層造形は、今日、完全にデジタル化されたバリューチェーンによって、大量カスタマイズ部品、複雑な形状、最大20万個の小ロットサイズの部品を経済的に製造することを可能にする。

欧州委員会によると、先進製造業は当初、以下のように定義されていた：

「先進製造業は、ロボット工学、3Dプリンティング、人工知能、高性能コンピューティング、モデリングなどの新技術や革新的な最先端技術を駆使して、複雑な製品を製造する［...］」。ほとんどの情報源は、定義の中核要素として「イノベーションへの注力」を強調している。本稿の著者らは、既存の定義に以下を追加して拡張した：「先進的なポリマー製造とは、製品のライフサイクルを通じて革新するために、従来のプラスチック加工技術と最新のプラスチック加工技術をシームレスに切り替える能力を指す。

真に先進的な製造業を実現するには、製造ライフサイクル全体にわたって、両方の技術を柔軟に組み合わせる必要がある。これをどのように実現するかは、ある特定のアプリケーションの技術的・経済的要件が一因となる。また、先進的製造業を一括りに考えるべきではなく、製造ライフサイクルのさまざまな段階で、さまざまな生産技術の組み合わせが関連することを忘れてはならない。

EOSのコンサルティング部門Additive Mindsは、射出成形機の大手メーカーであるKraussMaffei社と緊密に連携し、AMとIMの「戦い」に対する反論となるこのアプローチを構想しました。私たちは、企業がプラスチック製造のさまざまな側面で直面する可能性のある現在および将来の課題を評価し、2つのプロセス技術を適用して統合する最善の方法を決定するのに役立つフレームワークを作成しました。

このフレームワークは、意思決定者が3つのカテゴリー（技術的、経済的、先端製造業に対する組織の準備状況）の基準に応じて適切なプラスチック加工技術を選択するのに役立つ。フレームワークの出力は、以下の製造シナリオのどれが適切かを示す一連のグラフである：

プロトタイピングにAMを適用し、立ち上げ段階に入ったらIMに切り替える。
AMとIMは、どちらも技術的に立ち上げ段階と衰退段階に適している。どのバッチサイズでAMからIMに切り替えるかは、経済的基準によって決まる。
提供された技術的・経済的基準に基づく、完成されたAMソリューションの提案
提供された技術的・経済的基準に基づく、完成されたIMソリューションの提案

意思決定のフレームワークを使う

特に、射出成形のような従来型の製造に重点を置くか、産業用積層造形などの製造に重点を置くかを判断する場合、アプリケーションに最適な製造技術を見つけることは困難な場合があります。

開発された意思決定フレームワークは、各アプリケーションに最適な製造技術を選択するのに役立つシンプルな3ステップのプロセスです。あるアプリケーションとライフサイクルステージの評価表を完成させると、グラフが作成され、どの製造シナリオを検討すべきかが示されます。

ステップ1 - 経済的・技術的基準の評価

最初のステップは、経済的・技術的観点からアプリケーションを評価することである。それぞれの経済的・技術的特性にはスコアがあり、その重要性に基づいてフレームワークの推奨事項に影響を与える。

経済的要因には、シリーズの規模、製造にかかる時間、製品の高度なカスタマイズの可否、製品のライフサイクル段階などが含まれる。技術的特性には、部品サイズ、表面品質、要求される公差のほか、規制要件や材料の入手可能性などが含まれる。

表中の4つの特徴は青／オレンジで強調されている。これらは「スター特性」と定義されている。これらの特性が当てはまる場合、シナリオは完全なAMかIMソリューションのどちらかになる。

このようなシナリオの例としては、年産50万個を超えるシリーズ規模のアプリケーションがある。この場合、金型のコストとIMの生産性は、市場のどのAMソリューションよりも高くなる。一方、アプリケーションにマスカスタマイゼーションが必要な場合、AMシナリオは、カスタマイズされたアプリケーション用に複数の工具を製造するコストを上回るため、アプリケーションはAMのみの生産シナリオに移行する。

ステップ2 - 企業の組織的準備態勢の格付け

表の最後のセクションは、組織の準備態勢を見るエリアである。最終的に、これはフレームワークの最も重要な側面であり、企業がテクノロジーを評価し、切り替えていく能力を定義するものだからである。

これは重要である。というのも、組織が現実的に特定のアプリケーションに適用できないような技術の組み合わせを提案しても、ほとんど意味がないからである。このため、IM の知識レベル（社内）、技術間のスワップのリスク、新技術に対するオープン性などの特性は、同じ経済的・技術的基準についてフレームワークが提案するシナリオに影響を与える。アセスメントのこのセクションの結果は、組織を以下のレベルのいずれかに分類する：

低 -IMまたはAMに特化した組織。製造能力を有し、製造ラインの運営経験がある。
中規模 -IMまたはAMに特化した組織。さらに、もう一方の技術を初級から中級レベルで適用するための知識を持っている。単純な損益分岐点分析に基づき、2つの技術のうちどちらか一方に有利な決定を下すことができる。
高 -両方の技術に特化しており、従来のプラスチック加工技術と最新のプラスチック加工技術をシームレスに切り替えることができる。あらゆる材料に関する必要な知識、両製造技術のプロセスに関する深い専門知識、利用可能な製造生産量に関する理解を持っている。

ステップ3 - 結果を分析する

このフレームワークが完成すると、ホワイトペーパーに概説されている組織の準備レベルに基づいた3つのグラフが表示される。さまざまなグラフを確認することで、組織の準備態勢が及ぼす影響を見ることができ、製造業者が先進製造業への道のりのどの段階にあるのかを正直に示すことがいかに重要であるかを浮き彫りにする。最終的な提言は、製造プロセス全体のすべての利害関係者との議論のポイントを提供する。

補完的製造技術

今日、AMとIMの生産技術は、先進製造業のビジョンの重要な部分を占めている。従来の製造技術とデジタル製造技術の間のシームレスな変更は、部品の特性、経済的側面、ライフサイクルステージ、包括的な組織の準備態勢によって決まる。

この記事で概説されているステップバイステップのアプローチを使用することで、メーカーは、製造プロセスを組み合わせた高度な製造技術への移行の道を容易にすることができます。このフレームワークは、適切な質問をし、射出成形と積層造形のどちらを使用するかを決定するためのツールを提供します。