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はじめに

産業用大規模3Dプリントを始める際に考慮すべき10の事項

従来の生産方法から大判サイズの付加製造（LFAM）に移行するには、現在のビジネスプロセス、戦略、考え方を変える必要があります。

この記事では、一般的にアディティブ・マニュファクチャリングを導入する企業にとって関心が高いと考えられる10の要因について詳しく説明します。これらの10のステップを踏むことで、従来の製造からアディティブ・マニュファクチャリングやサトラクティブ・マニュファクチャリングへの移行が容易になります。すべての要因についてお読みいただくか、以下の表からいずれかをクリックして直接そのテーマの詳細をご覧ください。

この記事の内容

10のハイパーリンクのいずれかをクリックすると、そのトピックに直接ジャンプします。または、そのままスクロールを続けて記事全体をお読みください。埋め込まれたビデオでは、CEADのCTO兼共同創設者であるMaarten Logtenbergが、これらの検討事項のうち6つについて詳しく説明しています。

1: LFAMの目標とする利益を決定する

LFAMの出発点は、通常、この製造方法が従来の製造方法と比較してどのような利益をもたらすかという点にあります。したがって、これらの利点がLFAMの選択プロセスにおける次のステップを定義することは驚くことではありません。貴社にとっての LFAM のメリットを理解するためには、使用事例全体を分析し、貴社の用途に該当する要因を特定する必要があります。 LFAM を導入する企業は、通常、LFAM を導入する動機として、以下のメリットの1つまたは複数を挙げています。

大判の付加製造は、従来の方法よりも手作業が少なくて済む。世界的な人材不足により、さらなるイノベーションの必要性が生じている。
大判積層造形法を使用することで、サプライチェーンを短縮できる。鋳型、構造部品、非構造部品のプリントが可能になることで、サードパーティへの依存度と必要な在庫の規模が大幅に削減される。
グローバルなリードタイムが長くなることで、企業は現地生産を行うようになる。 LFAMにより企業は現地生産が可能になり、生産に必要な輸送回数を削減できる。
サプライチェーンが短縮され、輸送回数が減少することで、すでに二酸化炭素排出量の削減に貢献していますが、LFAMは、より持続可能な生産を目指す企業にとって、さらに多くのメリットをもたらします。LFAMは、3Dプリントにリサイクル材料を使用することで、「ループを閉じる」可能性を提供します。
上記のようなメリットをもたらすLFAMは、長期的にはよりコスト効率の高い生産方法となります。したがって、大判の積層造形は、経済的にも魅力的です。

2: 設計を付加製造に変換する

従来の製造方法で設計されたものは、そのまま3Dプリントに適用することはできません。例えば、3Dプリントでは、複数の部品を同じ設計に統合することができます。従来の方法では、これらの部品を手作業で組み立てる必要があります。リベットや溶接による接合部を省略することで、最終製品の強度を確保できるだけでなく、貴重な時間を節約することもできます。

設計原理が異なるため、設計プロセスは積層造形用に適応させる必要があります。CEADは、この適応を企業や組織に喜んで支援します。

その方法のひとつとして、当社のアプリケーションチームが実施するパイロットプロジェクトを通じて、LFAMの応用の技術的および商業的可能性を評価することができます。設計と印刷戦略は、プロジェクトの中心となる概念です。設計に基づいて適切な印刷戦略を選択します。

CEADによるこのステップのサポートのもう一つの例は、当社の産業用3Dプリントシステムの新規オーナーがサポートエンジニアから受けるトレーニングに見られます。このトレーニングでは、CEADが提供するハードウェアおよびソフトウェアの操作だけでなく、3Dプリント用の設計にも重点が置かれています。

3: 熱可塑性複合材料の特性を考慮する

大判サイズの付加製造を始める企業は、通常、さまざまなスチールや熱硬化性複合材料に精通しています。大判サイズへの移行の過程で、熱可塑性複合材料の世界を発見することになります。 CEADのプリントヘッドは、幅広い熱可塑性繊維強化材料の処理用に開発されています。炭素繊維で強化された高性能材料から、ガラス繊維や天然繊維で強化された汎用材料まで。

熱可塑性プラスチック、熱硬化性複合材料、スチールなどの材料では、強度、剛性、耐紫外線性、燃焼性、難燃性、寿命などの特性が異なります。繊維強化熱可塑性プラスチックの特性は、多くの新しい可能性を提供します。

CEADでは、お客様や材料サプライヤーと協力して、継続的に材料のテストを行っています。これらのテストでは、材料のプリント能力だけでなく、強度などの特性についても調査しています。それぞれの用途によって異なる要件が求められるため、異なる素材が必要となります。そのため、これらの素材をテストすることが不可欠であると考えています。

熱可塑性複合材料を付加製造に使用することには、いくつかの利点があります。まず、この素材は耐腐食性および耐薬品性に優れています。さらに、熱可塑性プラスチックはリサイクルが可能であるため、より持続可能な製造プロセスを実現できます。最後に、CEADは、常に拡大を続けるあらゆる素材テストに関する膨大な知識ベースを顧客に提供しています。

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ペレット対フィラメント大型フォーマット3Dプリント

現在、ほとんどの3Dプリンターは、3Dプリントの素材としてフィラメントを使用しています。フィラメントを使用するには、まず加工する必要があります。このプロセスはフィラメント押出と呼ばれ、プラスチックペレットをフィラメントワイヤーに変換する工程です。

CEAD社の積層造形システムでは、フィラメントの代わりにプラスチックペレットを使用します。フィラメント押出機とは異なり、ペレット押出機ではスクリュー方式で加熱ノズル（ダイ）を通してバレルからペレット状の材料を溶融し、搬送します。ペレットはフィーダーの入口に供給されます。その後、複数の加熱セクションを持つバレルを通って押し出され、加熱されて溶融します。

目的の固さに柔らかくなったら、スクリュー機構により十分な圧力が生み出され、材料がノズルから押し出されてプラットフォーム上に層状に積み上げられ、3Dプリントが作成されます。このプロセスはフィラメント押出法と比較すると複雑ですが、コストが低く、生産速度が速く、材料の入手性が高いなどの利点があります。

4: デザインと材料の組み合わせ

これまでのステップで決定したデザイン、印刷戦略、3Dプリント素材は、パイロットプロジェクトで統合されます。このプロジェクトでは、デザイン、必要な素材、印刷戦略など、応用における重要な側面を調査します。たとえば、特定の素材は45度の角度で印刷すると異なる挙動を示すかもしれません。パイロットプロジェクトは、これを実際にテストする絶好の機会となります。

パイロットプロジェクトは、プロジェクト全体の難易度を費用対効果の高い迅速な分析から開始します。迅速な分析では、複雑さ、印刷戦略、オブジェクトのサイズ、素材の選択が考慮されます。

パイロットプロジェクトの可能性は無限です。パイロットプロジェクトは常に、お客様のニーズに合わせてカスタマイズされます。用途に応じて、付加的および減法的ニーズの両方をパイロットプロジェクトに追加することができます。プロジェクトは通常、素材テストまたは実物大の最終用途部品の範囲に収まります。

パイロットプロジェクトの期間は、その規模と複雑さによって異なります。小規模なパイロットプロジェクトは、例えば印刷材料の選択など、1つのフェーズで実現できます。大規模なパイロットプロジェクトは、双方のリスクを最小限に抑えるため、3つのフェーズに分けて実施されます。各フェーズの終了後には「ゴー/ノーゴー」の判断が行われ、これにより双方がプロジェクトを管理することができます。

5: 用途に最適なAMソリューションの選択

大規模な3Dプリントソリューションの最初の選択は、パイロットプロジェクトの開始時に、簡単な分析の中で行われます。次のステップでは、お客様の特定の用途に最適な3Dプリントのセットアップをご案内します。実現可能性が証明された後は、理想的な機械を最適化し、カスタマイズすることができます。

CEADは、ロボット本体から押出機、プリントベッド、ノズル、乾燥機に至るまで、完全なFlexbotソリューションを設計し、提供しています。当社の専門家が、お客様のニーズに合ったシステムを構築するお手伝いをいたします。つまり、大きなプリントを作成する場合は、台座上のプリントトラックを選択することができます。粗い素材にプリントする場合は、より強力なエクストルーダーを選択することができます。 Flexbotはモジュール設計に基づいています。

柔軟性のもう一つの側面は、ノズルヘッドに見られます。ノズルサイズはエクストルーダーごとに決定することができます。印刷したい幅と押出機自体に応じて、ノズルを2mmから25mmの範囲で調整することができます。

6: 生産施設の調整を検討する

すべての生産施設が、大型の積層造形マシンの設置に即座に対応できるわけではありません。マシンがお客様の元に出荷される前に、CEADは最終的な設置のための可能なレイアウトを設計します。

さらに、機械の正確なプレビューを提供するためにシミュレーションを作成します。このプロセス中に、機械が生産施設に適合するかどうか、必要な設備が利用可能かどうか、調整が必要かどうかを判断します。

7: 機械の設置とキャリブレーション

最もワクワクするプロセスがやってきました。お客様の生産施設でのシステムの設置とキャリブレーションです。このステップでは、最終的なシステムが印刷できる精度に焦点を当てます。 LFAM サプライヤーが、お客様の施設に合わせて校正された正確なソリューションを提供できることが重要です。

ロボットの出荷前に、CEAD は社内で工場受入テスト（FAT）を実施し、当社のシステムに期待する/要求する基準に従ってシステムが動作することを保証します。システムはパイロットプロジェクトで決定したニーズに従って組み立てられます。

その後、ロボットは設置段階でお客様の施設に輸送され、組み立てられ、サイト受入テスト（SAT）を含むテストが行われます。このテストでは、お客様の現場でロボットの機能性と安全性がテストされます。

設置の最終段階は、当社のソフトウェアエンジニアが実施するシステムのキャリブレーションです。CEADは、積層造形の可能性を革新することに努めています。その中心となるのは、当社の大型3Dプリンターの精度です。

AMソリューションのさまざまな側面は、Sinumerik Direct Controlと当社のレーザートラッキングシステムでキャリブレーションされ、リニアトラック、ロボットアームの精度、ロボットアームのたるみなどが補正されます。レーザートラッキングによるLFAM精度の向上について、さらに詳しくお読みください。

8: 大判積層造形トレーニング

当社のソリューションの潜在能力を最大限に引き出すには、大規模3Dプリントの可能性に精通する必要があります。そのため、CEADでは、当社の生産ホールでの社内研修、およびお客様の生産施設でのオンサイト研修の両方で、個別対応のトレーニングを提供しています。トレーニングでは、購入された特定のソリューションの操作に必要な知識とスキルを習得できます。

CEADでは、大規模な3Dプリントトレーニングのさまざまな可能性を提供しています。最も一般的なトレーニングは、Flexbotの購入に付随する必須のトレーニングで、当社のロボットソリューションに重点を置いています。これに加えて、CEADでは、ロボット押出機の顧客向けのオプションのトレーニングも提供しています。

ロボット押出機トレーニングの内容と実施方法は、お客様の希望に応じてカスタマイズすることができます。CEADでは、オンライン通話、当社の生産現場、または出張によるトレーニングを提供しています。本記事では、Flexbotソリューションの新規購入者向けのトレーニングについて詳しく説明します。

CEADでは、初心者向け、上級者向け、その他のタイプのトレーニングといった区別はしておらず、すべての顧客に同じレベルのトレーニングを提供しています。しかし、トレーニングは可能な限り個別に対応しています。例えば、CNC機械に精通した技術者には、その機械に初めて触る人とは異なる、あるいはより少ないトレーニングが必要となります。

通常、5～6人までの受講者がトレーニングに参加します。これは、講師1人に対して受講者3人が理想的な割合であるためです。Flexbotのトレーニングは通常、アプリケーション/カスタマーサポートエンジニア2名によって実施されます。当社の経験では、講師1人につき最大3人の受講者が最適です。必要に応じて、より大人数でのトレーニングをリクエストすることも可能です。

9: 社内での継続的なLFAMの開始

弊社では、お客様に機械が設置された後も、LFAMプロバイダーがソリューションの成功的な導入において重要な役割を果たし続けると考えています。知識と機械がお客様の自由裁量にあるとはいえ、LFAMの導入の過程で障害や課題にぶつかることもあるでしょう。だからこそ、CEADの専任の経験豊富なサポートエンジニアが、可能な限り最高の機械稼働率を確保しているのです。

その方法は2つあります。まず、サポートチームは世界規模のサポートに精通しており、必要に応じてサポートを提供することができます。遠隔操作（オンライン、ナレッジポータル、ビデオ通話）によるソリューションの提供、または必要に応じてお客様の施設を訪問します。次に、CEADはオンラインで注文でき、ご要望に応じてお客様の施設に発送するスペアパーツの豊富な在庫を保有しています。

当社の専門家チームは、お客様に有益な LFAM 体験を提供するために、長期的な関係を築くことに専念しています。このチームは、積層造形に関する豊富な経験と、この技術に関する深い知識を備えています。お客様が直面する可能性のあるさまざまなシナリオや課題を予測し、適切なソリューションや前進するための戦略を提供することができます。万が一何かが起こった場合でも、問題を迅速に特定し、長期的な解決策を提示できるよう訓練されています。

10: 貴社の成長とともに成長するパートナー

企業が成長すると同時に、生産能力も拡大します。当初は1台のロボット印刷システムで企業のAMニーズを満たしていたとしても、時間の経過とともに生産量が増加すると、追加の機械の購入が必要になる場合があります。

CEADのサポートエンジニアは、これまでにもいくつかの企業でこのような成長を目の当たりにしてきました。そのため、将来的にどのようなニーズが生じるかについても把握しています。さらに、サポートチームは継続性が重要であることを理解しています。稼働率を高めるためのサポートを提供するだけでなく、将来のスタッフのトレーニングにも対応することで、継続性を確保します。

貴社とともに発展する付加製造サプライヤーを選ぶことは極めて重要です。 CEADはパートナー企業とともに、大規模付加製造の最前線に立っています。当社は、ドレスデン工科大学、チューリッヒ工科大学、ミュンヘン工科大学、シュトゥットガルトICDなどの複数の研究機関と緊密に連携し、お客様とその用途に創造的なソリューションを提供しながら、付加製造の革新を継続的に行っています。

大判付加製造からスタート

サプライヤーによる機械の構成方法は、特定の用途にとって非常に重要です。例えば、海洋分野では、自動車とは異なる寸法のプリントが必要となります。これは、機械のサイズ、プリントベッド、および台座またはトラック上のロボットの選択に反映されます。

したがって、さまざまな分野における付加製造および減法製造の用途に精通したサプライヤーが重要となります。CEADは、8年以上にわたり、大規模3Dプリント技術の開発に取り組んできました。既存のロボットアームに接続するスタンドアローンのプリントヘッドから、完全なガントリーまたはロボットソリューションまで、世界中に納入および設置されています。

技術と革新への情熱をもって、当社はお客様とその用途に適した創造的なソリューションを見出す努力を続けています。当社の技術により、お客様の事業活動の変革をお手伝いいたします。大規模プロジェクトに関するご質問など、お気軽にお問い合わせください。