AMを学ぶ
2021.11.17
基本
ここからは3Dプリンターの便利な使い方についてお話します。炊飯器はお米を炊くためにあり、エアコンは空間の温度を調節するために開発されています。そんなの当たり前ですが、3Dプリンターは”積層しながらものづくりをするために”開発されており、その自由度の高さからいまいち具体的な運用方法が思いつきません。人は選択肢が多すぎると思考停止に陥ってしまうことがよくあります。我々はいままで得た経験から「これなら効率よく使えそう！」と思える方法をご紹介します。
活用方法
3Dプリンターの使い方を知る - Part 2. どういった場面で使えるのかを把握する
1. 最強のダミーをつくる
CADはあくまでCGです。物理的に不可能なことでも平然と画面に映してしまいますし、複雑になりすぎて設計者の理解が追いついていない場合もあります。例えば、金型の発注に至ってから根本的な設計ミスに気づいた場合、痛い損失が発生します。ならば先に3Dプリンターでダミーをつくり、問題はないかチェックするのも効果的でしょう。
ー 寸法をざっくり把握する
家具を買ったときに上手く寸法が合わなかったという経験をした人は多いことでしょう。このように、しばしばスケール感の勘違いは起こるものです。先に寸法的に問題がないかダミーで検証しましょう。
ー 機能的プロトタイピング
CAEなどでシミュレーションや解析をする場合、長時間解析した結果が単位間違いなどの初歩的なヒューマンエラーでやり直しになったという話はよく耳にします。ならば、実物の機能性に近いダミーで何回も検証した方が早い場合もあります。いまならSLA(光造形方式)のエンジニアリングレジン(PPライクレジン、ABSライクレジンなど)や、SLS(粉末焼結型)の材料(ナイロン、ポリプロピレン、その他金属も)など、機能性を持った試作ができます。
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2. 最終製品として売る
よく言われるのが「3Dプリンターって試作レベルまでしか使えないよね」です。
光造形なら光硬化樹脂なので、紫外線を吸収するため物性がやや安定しなかったり、FDMなら異方性が大きすぎたり…とにかくいろいろな問題があります。
ー期待の星、SLS
しかし、SLSなどでは様々な業界で使われている人気の樹脂(ナイロン12, 11, 6, 66やポリプロピレン、その他諸々)、または金属がそのまま使え、しかも異方性が小さいです。最終製品として売ることも十分視野に入れることができます。
出典：「SLS 3D Printer INTEGRA P450」 eos.info
https://www.eos.info/en/additive-manufacturing/3d-printing-plastic/eos-polymer-systems/integra-p-450
ー結局どの造形方式だろうが、売ろうと思えば売れる
とはいえ、光造形でもFDMでも商品を売っている人はいますし、買ってる人もいます。理解あるクライアントを見つけましょう。「欲しい！」と思われるものであればなんでも売れる時代です。
3. 超局所解を出す
現状、AMは量産に向いていない場合がほとんどです。だからこそイニシャルコストが掛からず、超局所解を出すことが得意なマシンへと進化してきた歴史があるとも言えます。
ー製造現場に固有の問題を解決する
製造現場には、他の現場にはない固有の問題があるものです。大規模にFA(Factory Automation)を進めるのも良いですが、細かくマイナーチェンジを繰り返していくことも必要でしょう。その現場でしか効果を発揮しない治具や工具をつくるのも手です。「あったらいいな」をかなえるのが3Dプリンターの強みだといえます。
4. サービスビューローを始める
3Dプリンターは試作目的で利用されるケースも多く、売り上げに対しては間接的に貢献するイメージとなるので導入費用を償却する計画を立てづらいという問題があります。直接売り上げる方法としては有償造形サービス（サービスビューロー）を始めるというのも有効な手段です。
ー とにかく誰でも受け入れちゃう
3Dプリンター全般に言える特徴は、従来のどの工作機械よりも形状の自由を許すという点でしょう。これは”誰でも3Dデータさえあれば3Dプリンターで造形できるチャンスを持てる”ということです。これはマーケティングの話になりますが、せっかく買った3Dプリンターを数回使って放っておくくらいなら、お客さんのデータを有償で造形しましょう。お客さんとある程度コミュニケーションが取り始め、自社にある3Dプリンター以外のマシンを使って量産案件へとつなげていけばスムーズです。
5. 必要な心構え
3Dプリンターを購入するにあたって、いくつか必要な心構えを記載します。
ー 教科書が少ない
モノづくりの機械はどれも甘くないと思いますが、3Dプリンターも同様です。3Dプリンター初心者が真っ先にぶつかる壁は「教科書がない」という点です。メーカーが設計の参考値を用意している場合もありますが、参考書的なものを探しても「3Dプリンターが変える未来！」とか、抽象的で大きな文脈を語る本が多く、実践的なコツや考え方などの具体的で小さな文脈の話は、ブログなど有志の方から得ることが多いことでしょう。なので、本記事は参考書や辞書となるべくして執筆されています。
ー 担当者を決めましょう
マシンオペレーターとして3Dプリンターの操作・メンテナンス3Dプリンターを使った試作設計を主に担当する人を決めてください。産業機械より安いものはメンテナンスに意外と手がかかります。3Dプリンター用の設計ノウハウも量産用設計ノウハウとは意外と違うため、担当者がいた方が良いでしょう。
ー 量産用設計をそのまま使える？
製造方法と設計手法は一対一の関係にあります。なので3Dプリンターには3Dプリンター用の設計があると考えた方が適当です。基本的には3Dプリンターの方が、どの製造方法よりも形状の自由を許すので、設計に関する縛りは緩いと考えられます。
一方、3Dプリンターが形状の自由を許すのは、主にサポート材の使用や積層ピッチを細かくし、造形時間を長くするなどいろいろな代償を支払っているからです。これは精度や表面品質、造形速度、後処理など様々な問題につながってきますので注意してください。
ー 償却期間は5年以内と考えましょう
3Dプリンターは、毎年革新的なマシンが出てきます。なので、購入から長くても5年で償却できるような事業計画を立てるべきです。推奨は3年以内です。
ー コストの話
イニシャルコストを圧倒的に安くできるのがAMの良さです。しかし生産量を上げても1個あたりのコストがあまり安くなりません。なので増産するにつれ、その他加工法より高くつくことがあります。この変わり目を見極め、その他の製造方法に切り替えることも考える必要があります。
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6. 最後に
ご紹介した情報はごく一部にしか過ぎません。それに設計に関しては、より良い方法があるとも思います。量産用設計とAM用設計の両方をうまく乗りこなすことで、製品開発スピードは別次元のレベルに上がり、世界と競争する土台を築くことに寄与します。製造業に従事する設計者は今後Additive Manufacturing(試作または小ロット生産)と大量生産の間で揺れる時代を過ごすと言えるでしょう。まだAM業界は開拓途中です。われわれは、皆様とともに知見を積み上げ、積層し、このムーブメントをつくっていきたいと思っています。