製造業の世界に深く関わってきた者として、私は3Dプリンティングとプラスチック射出成形をめぐる議論がどのように進化してきたかを見てきました。長年、この2つは互いに対立させられてきました。「新しいもの対古いもの」、「柔軟性対量産性」、「破壊者対王様」というように。
これは、市場を見る上で根本的に間違った方法です。
3Dプリンティング（付加製造）は、プラスチック射出成形の代替ではありません。私の人生で登場した中で、最も強力な補完技術です。王様に取って代わるのではなく、王様をより速く、よりスマートに、より機敏にします。
私のクライアントや自身のプロジェクトにおいて、私はもはやそれらを「二者択一」の選択肢とは見ていません。「いつ、どのように」というパートナーシップとして見ています。射出成形は、大量生産の紛れもないチャンピオンであり、驚くべきスピード、再現性、そして規模に応じた可能な限り低い部品コストを提供します。高いセットアップコストと長いリードタイムは、そのよく知られた参入障壁です。対照的に、付加製造は、最初の部品までのスピード、複雑さ、そして少量生産の経済性のチャンピオンであり、金型費用を償却する必要がありません。
真の魔法は、それらを比較するのをやめて統合し始めたときに起こります。（選択的レーザー焼結、または をプラスチック射出成形プロセス内で使用することが、現代の製造業者が成功している方法です。私は、企業が開発コストを削減し、記録的な速さで市場に参入し、より効率的で自動化された生産ラインを構築するのを見てきました。この記事は、その強力な相乗効果への私の深い考察です。「プロトタイプに3Dプリンティングを使用する」という単純なラインを超えて、これらの2つの技術がチームとして機能する4つの高度で影響力の高い方法を紹介します。
1. ゲームチェンジャー：ラピッドツーリング（3Dプリント金型）
これは、業界で
ラピッドツーリングと呼んでいます。では不可能です。
その後、ABS、PP、またはナイロンなどの生産グレードのプラスチックをこのプリント金型に射出して、真の機能部品を作成できます。
これが非常に強力な理由
大幅なコスト削減：
3Dプリント金型のコストは100ドルから1,000ドルです。単純な機械加工されたアルミニウム金型は2,000ドルから始まり、複雑なスチール製の生産金型は簡単に10万ドル以上になる可能性があります。あるケーススタディでは、ある企業が3Dプリント金型を使用することにより、6,000個の部品の生産にかかる金型コストを97％削減しました。信じられないほどのスピード：
私は朝に金型を設計し、午後に3Dプリントし、夕方には部品を射出することができます。これを、従来の金型の4〜8週間のリードタイムと比較してください。これにより、製品開発のタイムラインが数か月から数日に短縮されます。真のデザイン検証：
これが最も重要な点です。プロトタイプは1つのことですが、製造プロセスラピッドツーリング成形設計を検証できます。以下をテストできます。流れ：
溶融プラスチックはどのようにキャビティを満たしますか？反り：
部品は予期しない方法で冷却され、反りますか？ゲート位置：
ゲートは適切な場所にありますか、それとも汚れを残したり、流れの問題を引き起こしたりしますか？エジェクターピンマーク：
エジェクターピンの位置は、部品をきれいに型から外すのに適していますか？3Dモデルの欠陥を見つけるのは簡単です。5万ドルのスチール金型の欠陥を見つけるのは大惨事です。ラピッドツーリングを使用すると、迅速かつ安価に失敗し、
金型設計自体を1週間で2〜3回繰り返して、完璧にすることができます。それから初めて、高価なスチールを切断することにコミットします。実際のケーススタディ：AMRCと反り
諦める代わりに、彼らは繰り返しました。彼らは、別の
3Dプリンティング技術（選択的レーザー焼結、またはSLS）と別の材料（ナイロン11）に切り替えました。ナイロン11は、より丈夫で壊れにくいものでした。この新しい金型は、まだいくつかの平坦性の問題を示しましたが、その優れた機械的特性により、射出成形プロセス射出成形プロセスこれは、ラピッドツーリングの要点です。彼らは、複数の複雑なエンジニアリング問題（材料選択、反り、部品形状）を、
従来の製造従来の製造では不可能です。
技術
| 金型用主要材料 | 使用する理由 | SLA（ステレオリソグラフィー） |
| 高温樹脂（例：Formlabs High Temp Resin、Rigid 10K Resin） | 比類のない詳細。 | 鋭い角、細かいテクスチャ、またはガラスのように滑らかな表面仕上げが成形部品成形部品MJF（マルチジェットフュージョン） |
| ガラス繊維入りナイロン（PA 12 GBなど） | 靭性とスピード。 | 数百回のショットに耐えることができる、より耐久性のある金型が必要な場合は、MJFが最適な選択肢です。部品は丈夫で、熱的に安定しており、優れた等方性（すべての方向に強い）特性を備えています。表面はSLAよりもわずかに粗いですが、FDMよりもはるかに優れています。SLS（選択的レーザー焼結） |
| ナイロン11、ナイロン12（PA11、PA12） | 耐久性と伸び。 | AMRCのケーススタディが示したように、SLSプリントナイロンは丈夫で、伸びが大きいため、クランプ圧下でわずかに変形しても割れません。耐久性が重要な、より単純な形状の金型に最適なワークホースです。2. ギャップの充填：ブリッジツーリングと少量生産 |
「ブリッジツーリング」または「ブリッジ製造」と呼ばれるものです。
このシナリオを想像してください。製品設計が最終決定されました。ラピッドツーリングを使用して金型を完璧にしました。次に、8万ドルの硬化スチール製生産金型を注文しましたが、リードタイムは12週間です。あなたは...
A）競合他社が追いつくのを許し、3か月間製品を待つ？
B）製品を発売して、今すぐ販売を開始する？
答えはBです。そして、私がそれを行う方法はブリッジツーリングです。
「ブリッジ」ツールは、最初の実際の生産部品を製造するように設計された、より堅牢な3Dプリント金型（または迅速に機械加工されたアルミニウム金型）です。プロトタイピングと大量生産の間のギャップを「橋渡し」します。
これは10〜50個の部品用ではありません。これは、最終的なエンドユース材料で500、1,000、または5,000個以上の部品を製造するためのものです。高品質のMJFまたはSLA金型は、これらの数量を確実に処理できます。
この戦略は、単なるスピード以上のものです。それは基本的なビジネス上の利点です。
最初に市場に参入する：競合他社がまだ金型の製造を待っている間に、私は製品を店頭に並べたり、顧客に発送したりできます。多くの業界では、そのファーストムーバーの優位性がすべてです。
早期収益の創出：私は今日から製品からキャッシュフローを生み出すことができます。その収益は、まだ製造中の高価な大量生産ツーリングの支払いに役立ちます。
実際の市場テスト：これは、製品をテストするための優れた、低リスクな方法です。50万台という最初の販売予測が間違っていた場合はどうでしょうか？8万ドルの金型と10万台の在庫を抱える代わりに、ブリッジツールで5,000個の部品のバッチを実行できます。これにより、大規模な設備投資を行う前に、実際の市場需要を測ることができます。
製品バージョニングの有効化：ブリッジツーリングを使用すると、ソフトウェア会社のように作業できます。「ウィジェットv1.0」をブリッジツールで起動できます。それが販売されている間、顧客からのフィードバックを収集し、いくつかの設計調整を行い、わずか数週間後に「ウィジェットv1.1」の新しいブリッジツールを印刷できます。このアジャイルで反復的なハードウェアへのアプローチは、従来の製造では不可能です。
プラスチックハウジングコンポーネントを必要としたInterrollのケーススタディは、これを完全に強調しました。彼らの生産量は大きく変動しました。3Dプリンティングと射出成形の両方を使用することで、彼らは供給を安定させ、コストを管理し、柔軟性を維持し、需要に応じて適切なプロセスを使用することができました。
これは、成形工場における3Dプリンティングの最も実用的で、高いROIのアプリケーションの1つですが、最も注目されていません。
射出成形プロセスは、部品が排出されたときに停止するだけではありません。部品は、冷却、検査、組み立て、または二次的な操作を実行する必要があることがよくあります。これを一貫して迅速に行うために、ジグと治具を使用します。
ジグ：ツールをガイドします（例：ドリルガイド、トリミングガイド）。
治具：部品を特定の、再現可能な場所に保持します（例：冷却治具、組み立てネスト、QC検査治具）。
従来、これらのツールは、アルミニウムまたはアセタール（デルリン）から丹念に機械加工されていました。これは遅く、高価であり、熟練した機械工が必要であり、高価値の作業（金型製造など）から彼らを遠ざけました。
今日、私はそれらを3Dプリントします。すべて。
現代の工場に入ると、その影響は明らかです。
スピードとコスト：機械工は、複雑な組み立て治具の作成に1日かけて200ドルの材料を費やす可能性があります。同じ治具を材料費約30ドルで一晩で印刷できます。ROIは異常です。製造会社のJohn Craneは、3Dプリントされたワークホールディングデバイスを使用することにより、機械のセットアップ時間を80％節約しました。
人間工学と重量：機械加工されたアルミニウム治具は重いです。8時間のシフトで、オペレーターがその治具を数百回持ち上げると、疲労を経験します。CNC機械加工-グレードのABSまたはカーボンファイバー充填ナイロンなどの材料を使用して同じ治具を3Dプリントできるため、70〜90％軽量化できます。これにより、オペレーターの人間工学が改善され、疲労が軽減されます。
完璧な適合：成形部品は、めったに完璧なブロックではありません。複雑な曲線、アンダーカット、リブがあります。この複雑な形状に完全に適合する治具を機械加工することは困難です。3Dプリンティングを使用すると、簡単です。元の部品の3Dモデルを取得し、CADソフトウェアのブロックからそれを差し引き、完璧なカスタムフィットネストを作成します。
オンザフライの反復：Audiの工場のエンジニアは、3Dプリンティングを使用すると、ツールを迅速に作成し、組み立てラインの同僚からの特定の要求に対応できると述べています。オペレーターが「このハンドルが別の角度で傾いている方が良い」と言った場合、コンピューターでその変更を行い、翌朝には新しい、改善されたツールを手にすることができます。これが、本当に効率的で幸せな生産ラインを構築する方法です。
PolarisやMedtronicなどの企業は、この戦略を実装することにより、大幅なコスト削減と効率性の向上を報告しています。金型を印刷するほど「セクシー」ではありませんが、コスト、スピード、生産性への日々の影響は莫大です。
4番目の領域は、ジグと治具の拡張ですが、ロボット用です。
現代の自動化されたプラスチック射出成形セルでは、ロボットアームがスイングし、金型から部品（または部品）をつかみ、次のステーション（トリミングステーション、QCカメラ、コンベアベルトなど）に移動します。そのロボットの「手」は、エンドオブアームツール（EOAT）では不可能です。
このEOATは、カスタムエンジニアリングの一部です。これには以下が含まれます。
グリッパー（空気圧または機械式）
真空カップ
部品を検出するセンサー
ランナーを切断するためのニッパーブレード
ジグと同様に、これらは従来、アルミニウムからカスタム機械加工されていました。これにより、大きなボトルネックが発生しました。製品設計が変更されたり、新しいプロジェクトが開始されるたびに、新しい高価なEOATが機械加工されるのを数週間待つ必要がありました。
3Dプリンティングは、このボトルネックを打ち破り、新しい設計の可能性を解き放ちます。
軽量化が重要：ロボットアームには最大ペイロードがあります。EOATが重いほど、移動する部品に残される「ペイロード」が少なくなり、ロボットは慣性を管理するために移動速度を遅くする必要があります。軽量ポリマーからEOATを3Dプリントすることにより、その重量を大幅に減らすことができます。これにより、ロボットの移動速度が速くなり、サイクルタイムが直接的に短縮されます。ラピッドツーリング。100万個の部品の実行で、15秒のサイクルタイムからわずか0.5秒を削減するだけでも、数千ドルの利益になります。
統合と複雑な形状：これは、本当にエレガントになる場所です。従来のEOATには、本体に加えて、すべての真空カップと空気圧グリッパー用の個別のブラケット、チューブ、およびホースがあります。3Dプリンティング（特にSLSまたはMJF）を使用すると、すべてのエアチャネルをEOATの本体に直接設計できます。かつて20個の別々の部品だったものが、1つの3Dプリントコンポーネントになります。これは軽量で、故障点が少なく、組み立てが非常に高速です。
カスタム、コンフォーマルグリッパー：治具と同様に、部品の複雑な形状に完全に成形されたグリッパーを設計できます。これにより、より安全で繊細なグリップが得られ、光学部品や、傷のつきにくい高化粧面には不可欠です。
自動化のためのラピッドプロトタイピング：新しい自動化セルを設計する場合、1日で3つの異なるEOAT設計を3Dプリントし、ロボットでテストできます。どの設計が最も信頼性の高いグリップと最速のサイクルタイムを提供するかをすばやく確認できます。これにより、自動化プロセスがリスクから解放され、従来の製造では不可能です。
プラスチック射出成形対3Dプリンティングの議論は終わりました。専門家コミュニティは答えを知っています。両方が必要です。
それらを競合他社と考えることは、レンチとドライバーのどちらを所有すべきか議論するようなものです。それらは異なるジョブ用の異なるツールであり、真剣なビルダーは両方をツールボックスに必要とします。
私のワークフローは、この新しい統合された現実の完璧な例です。
私は3Dプリンティング（FDM / SLA）を使用して、形状と適合性のチェックのための最初のコンセプトプロトタイプを作成します。
私は3Dプリンティング（SLA / MJF）を使用して、金型設計と製造プロセスを検証するためのラピッドツーリング（プリント金型）を作成し、最終的な生産プラスチックで100〜500個の部品を作成します。
私はこの金型をブリッジツーリングとして使用して、最初の5,000ユニットを実行し、製品を市場に投入し、予定より10週間早く収益を上げます。
これが起こっている間、私は3Dプリンティング（SLS / FDM）を使用して、自動組み立ておよびQCラインに必要なすべてのカスタムジグ、治具、およびEOATを作成します。
硬化スチール製の生産金型が到着すると、すでに実績のある設計です。私の自動化ラインは、すでに構築されており、リスクが軽減されています。それを「プラグイン」して、ダウンタイムなしで数百万個の部品にスケールできます。
これが新しいワークフローです。3Dプリンティングはプラスチック射出成形と競合しません。それは、これまで以上に速く、安く、リスクが低く、効率的になります。
