序文 製造企業は、その費用対効果と数々の利点から、3Dプリンティングを選択することが増えている。この技術は、従来の製造技術と肩を並べ、製造業界で確固たる評価を得ている。

3Dプリンティングの可能性は計り知れない。部品点数を減らし、より軽量で構造的に強固な部品を作り、組み立てコストを下げることができるからだ。3Dプリンティングを製造に活用することで、従来の方法では実現不可能な、あるいは実現が困難な特徴を持つ部品を製造することができる。

では、なぜ3Dプリンティングはこれほど人気があるのでしょうか？3Dプリンティングは射出成形より安いのか？ この記事では、主に3Dプリンティングと射出成形のコスト比較について説明する。

3Dプリンティングと射出成形プロセス

アディティブ・マニュファクチャリングとしても知られる3Dプリンティングは、CADまたはデジタル3Dモデルから3Dモデルを構築するプロセスである。材料を層ごとに堆積させ、目的のオブジェクトを作成します。

対照的だ、 射出成形工程 は、研削、穴あけ、機械加工によって材料を除去したり、鋳型に鋳込んだりする確立された技術である。

3Dプリンティングの価格に影響を与える要因とは？

3Dプリンティングは、プロトタイピングと、増え続ける最終用途の両方のパーツを作成するための、最も迅速でコスト効率の高い方法として一般的に認識されています。カスタマイズされた部品を3Dプリントするコストを決定する際には、さまざまな要因が絡んできます。

材料

3Dプリンティング技術には、それぞれ固有のポリマー材料があります。FDM（溶融積層造形）に使用されるスプールは一般的に低価格ですが、SLA樹脂、SLS、MJFパウダーは一般的に高価です。部品の印刷に必要な材料の量は、特にFDM技術を利用する場合、全体の価格に大きく影響します。

部品点数

部品が大きくなると、より多くの材料と機械上のスペースが必要となり、その結果、生産時間が長くなる。材料と生産時間の増加は、結果としてコスト増につながる。

後処理

印刷工程の後、アセンブリを最終的に仕上げるために、さらに手作業が必要になる場合がある。これらの仕上げ方法には、サポートやパウダーの除去、洗浄、サンディング、その他の後処理技術が含まれ、これらすべてが部品の最終価格に貢献する。

設備費用

これらの費用には、設置やセットアップの時間、運用コスト、定期的な機械のメンテナンス、散発的な修理が含まれる。採用する製造技術にかかわらず、これらの費用は発生する可能性が高い。

3Dプリンティングが多くの用途で費用対効果の高い選択肢となる主な要因の1つは、この技術のセットアップ費用が最小限であることです。この側面により、3Dプリンティングは特に少量生産部品に有利です。しかし、生産量が多い場合は、CNC機械加工や射出成形よりも価格競争力があることがわかります。

3Dプリンティングと射出成形の間で考慮すべき重要な要素とは？

生産時間

3Dプリンターと射出成形を比較した場合、製造時間が重要な差別化要因として浮上する。射出成形法、例えばインジェクション・モールディングでは、部品作成のために金型（ツーリング）が必要になる。この金型の開発には1カ月から2カ月以上かかることもある。今日の競争環境では、時間の経過が成功と失敗を分ける細い線となる。この生産段階には多額の費用がかかるため、小ロット生産は経済的に成り立たなくなる。

しかし、3Dプリンターではパラダイムが変わる。成形の段階を省くことで、設計が確定した時点で迅速に生産を開始することができる。これは市場投入までの時間を短縮し、競争力を確保することにつながる。

生産コスト

3Dプリンティングでは、新しい製品を製造するたびに追加コストが発生することはない。つまり、1つの部品と数百の部品をほぼ同じコストで生産できる。射出成形ではこのようなことは不可能であり、高価な金型段階が必要になることが多いが、これは製品が連続生産される場合にのみ正当化される。したがって、少量生産の場合、3Dプリンティングは生産コストを削減することができる。

第二に、従来の生産と組み立ての段階では、大規模な機械のセットアップと人件費が必要でした。3Dプリンティングは、手作業を最小限に抑え、工具の交換をなくし、組み立て時間を短縮するため、このような状況を大幅に軽減、あるいは解消することができる。

効果

3Dプリンティングの単位あたりのコストが一定であることを考えると、多額の費用をかけずに無限の製品調整が可能です。この機能は、デザイナーやエンジニアが最小限のコストで製品を継続的に改良・修正できるため、デザイン思考の原則の統合をサポートします。顧客の嗜好に近い製品の開発に注力することで、企業は売上を拡大できる可能性がある。

各設計の反復に関連する費用を削減することで、製品開発に関連するリスクも最小限に抑えることができます。その結果、3Dプリンティングはより高いリスクをもたらし、最終的に優れた製品を生み出すことに貢献する。

さらに、製品ごとの固定費はカスタマイズを容易にする。個々の顧客の要求に合わせて製品を調整することで、全体的なブランド体験が向上する。

持続可能性

3Dプリントと持続可能性は密接に絡み合っている。従来の減法的な製造方法では、余分なスクラップが発生し、使用できないことが多い。

対照的に、3Dプリンティングは積層造形の原理に従ってゼロから製品を製造するため、廃棄物を最小限に抑えることができる。積層造形設計（DfAM）、トポロジー最適化、ジェネレーティブデザインを取り入れることで、材料の使用量と製品の重量を減らすことができる。製品が軽くなれば、輸送や物流におけるエネルギー消費を40%から60%削減できる可能性がある。

射出成形において、複雑さは製品コストに影響する大きな課題である。部品の複雑さは、費用を押し上げる重要な要因である。複雑な設計は、より高い精度と専門知識を要求し、結果として製造コストを上昇させる。設計が複雑であればあるほど、関連コストも高くなります。

3Dプリンティングは、製造業に数多くのユニークな利点をもたらします。複雑な設計の製造に伴う設計上の制約がなくなります。部品単価は比較的安定しているため、複雑さが増大しても製造コストに大きな影響はありません。

さらに、追加コストなしで複数の部品を1つの部品に統合することにより、部品の統合を実施することができる。これにより、組み立ての必要性を排除または削減し、製造時間を短縮することができる。

3Dプリンティングは、アイデア段階から実際のプロトタイプや完成品に至るまで、射出成形プロセスを大幅に上回る前例のないスピードで製品開発を促進する。

前述したように、複数のパーツを合体させることができるため、組立工程が不要となり、製品の全体的な製造時間が短縮される。

倉庫管理は、射出成形が不足する重要な側面である。射出成形は大量生産が主体であり、ほとんどの商品で予備部品が必要である。そのため、射出成形には、土地の賃貸料、倉庫のインフラ、人件費など、大規模な倉庫保管が必要となる。在庫の保管期間が長ければ長いほど、利益率は低くなる。

3Dプリンティングは、オンデマンド製造や小ロット生産を容易にすることで、倉庫業務に革命をもたらし、大幅なコスト削減を実現する可能性を秘めています。このアプローチは、倉庫保管の要件を効果的に最小化し、企業の経費を合理化することができます。

パーソナライゼーションはますます重要になってきており、71%の消費者が、特別感を感じられるようなオーダーメイドのインタラクションを期待している。しかし 射出成形 多くの場合、従来の生産方法の限界のために、製品をパーソナライズするのに苦労している。

これらの技術は、新しい部品の迅速な製造には適しておらず、新しい製品を市場に投入するためには、新しい機械、設計、金型への多額の投資が必要となる。このような投資は、ニッチ市場では現実的ではないかもしれない。

対照的に、3Dプリンターには驚くべき柔軟性がある。コストのかかる新たな金型が不要で、製品の変更にも容易に対応できる。3Dプリンティングは、パーソナライズされたコンポーネントを大規模に製造するための費用対効果の高いソリューションです。その結果、新しいトレンドによって既存の製品が混乱しても、デザインを調整するだけでプリントを再開できます。

購入

3Dプリンティングを製造ワークフローに組み込もうとする企業にとって、調達や初期設備投資は依然として小さなハードルです。3Dプリンターに$1,000ドルを投資する代わりに、3Dプリンティング業務のアウトソーシングを検討するかもしれません。これは一見優れた選択肢に見えるかもしれないが、長期的に持続可能な戦略ではない。

将来の可能性

3Dプリンティングは絶えず進化しており、将来に向けて明確な利点を提供している。数多くの産業がこの技術を採用するようになってきている。これは、この技術がよりコスト効率よく進歩し、その限界を克服し、より優れた斬新な素材や技術、より環境に優しい製造方法を提示することを意味している。

そのため、3Dプリンティング技術の利点を早急に活用することが望ましい。射出成形では、生産、金型、組み立ての人件費にかかる初期費用と継続費用を分散させるため、大規模な生産が必要になる。

3Dプリンティングの製造コストは数量に依存しないため、少量生産では費用対効果が高くなります。さらに、3Dプリンティングは設計の柔軟性を高め、1台の機械で製品を製造する能力を提供します。

小型から中型の物体を製造する領域では、3Dプリンティングは従来の多くの製造方法をスピードで凌駕している。このスピードの向上は、射出成形工程で使用される鋳物や金型のためのツーリングを作成する時間を節約できることに起因する。

3Dプリンティングは、デザインの柔軟性、複雑なデザインの製造能力、個別化された大量生産、経済的な少量生産技術など、製造業に多くの利点をもたらす。

射出成形と比較した3Dプリンティングの利点とは？

3Dプリンティングは、より大きな材料のブロックから製品を切り出す射出成形プロセスとは異なり、層ごとにオブジェクトを作成します。この違いにより、3Dプリンティングでは材料の無駄が少なくなります。

直接エネルギー堆積法、樹脂ベースのプリンター（またはVAT重合法）、バインダー噴射法、材料押出法、材料噴射法、粉末床融合法、シート積層法など、3Dプリンティング技術は多岐にわたる。

すべての3Dプリンティングの種類は、これらのグループに分類することができる。さらに、3Dプリンティング技術は、物体をプリントするためのさまざまな材料を提供する。現在3Dプリンティングを利用している産業には、ロボット工学、航空宇宙、自動車、医療、歯科、スポーツ、その他の消費財などがある。

3Dプリンティングには、射出成形に比べて以下のような利点がある：

セットアップ費用なし

射出成形法は大量生産には優れているが、個々の試作品、パイロット部品、スペア部品、少量生産シリーズ、金型、治具を生産する場合には、セットアップコストが高いために不向きである。

3Dプリンティング技術を採用することで、企業はセットアップコストの削減と、デジタルモデルからの部品の直接製造というメリットを得ることができます。従来の方法とは異なり、3Dプリンティングでは金型が不要なため、コスト効率の高い代替生産が可能になります。

汎用性の高い3Dプリンターに投資することで、エンジニアリングポリマーから高性能ポリマー、ポリマー複合材料まで、幅広い熱可塑性プラスチックを使用した部品の作成が可能になります。この技術は柔軟性と手頃な価格を提供し、さまざまなニーズに対応する理想的な製造ソリューションとなります。

短納期（部品を早く入手）

を通じて生産を開始する。 射出成形 の方法には、金型製作、工場の立ち上げ、材料ブロックの調達が含まれる。このプロセスには特に時間がかかり、最初の部品バッチを得るまでに平均15日から60日かかる。対照的に、3Dプリンティングはこれらのコストを排除し、最初のパーツを1日以内に製造することを可能にする。

短いリードタイムとコスト効率に優れた製造の組み合わせは、製品の迅速な市場参入を促進する。さらに、製造中の部品への迅速な対応やリアルタイムの調整も可能になります。個人用に3Dプリンタを設置する場合、必要なコンポーネントを自分の仕様に従って直接かつ迅速に製造する自主性があります。

単価比較

3Dプリンティングの利点の1つは、製造する部品が複雑でも製造コストが上昇しないことだ。3Dプリンティングで製造される部品の単価は、1個であろうと1,000個であろうと、製造数量に関係なく一定である。この特性は部品の形状に起因しており、3Dプリンティングは特定のサイズ範囲内でシリーズを生産するための理想的な製造ソリューションとなっている。

ストック形状の制限なし

サブトラクティブ製法について説明すると、部品が完全に形成されるまで、ブロックから材料を徐々に除去していく。この種の製造工程では、主に2つの課題が生じる。第一に、大幅な材料ロスが発生し、元のブロックの70-80%に達することがよくある。第二に、材料ブロックの入手に制約があることで、特に高性能ポリマーやポリマー複合材料に関するものである。

一方、3Dプリンティングにはそのような制限はない。部品は材料の無駄を最小限に抑えて作られるため、複雑な形状やさまざまな機能を統合することができる。例えば、PEEKやULTEMの材料で作られた33x18x18cmのブロックを調達することは、不可能ではないにしても難しいかもしれない。たとえ入手できたとしても、コストは数百ユーロではなく、数千ユーロになる可能性が高い。

70%の廃棄を占め、工場の床でプラスチックの破片となった大量の原材料は、重大な材料廃棄の問題を浮き彫りにしている。

3Dプリンティングは、機械加工部品と比較してわずかなコストで、同じサイズ範囲の部品を製造することができます。この技術は、比類のない設計の柔軟性を提供し、設計者は、原材料の在庫形状が設計プロセスの開始点を決定する従来の制約から解放されます。

効果的な在庫管理

とは異なり 射出成形 3Dプリンティングでは、必要な場所に直接部品をオンデマンドで生産することができます。その結果、在庫の必要性が減り、在庫管理がより効率的になる。

従来の方法では大量生産が一般的な部品も、3Dプリンターなら必要に応じて個別に生産できる。このシナリオでは、倉庫は1つのアイテムにつき1つのスペアパーツを保管するだけで済む。

部品が稼働すると、代替部品が生成され、翌日には棚に並ぶ。3Dプリンティングの能力を活用することで、倉庫は実質的にバーチャルになり、必要な保管スペースと関連費用の大幅な削減につながる。

高度なカスタマイズ

個々の部品、試作品、生産補助品は、射出成形法に比べて3Dプリンティングによって大幅に低いコストで製造することができます。これにより、大胆な設計実験が可能になり、既成概念にとらわれない思考が育まれ、大きなイノベーションにつながることがよくあります。

さらに、顧客からのフィードバックに基づいて既存の製品を無制限に変更できることは、最高の顧客体験を確保するために非常に重要です。3Dプリンティングの力を活用することで、企業は、射出成形の方法と比較して、反復的な製品開発のコストと速度を最大90%削減することができます。

さらに、3Dプリント技術では、さまざまな業界から調達した実際の材料を使用してプロトタイプを作成できるため、部品が単なる見た目のレプリカではなく、本物の機能的なプロトタイプであることが保証されます。さらに、この技術により、パイロットパーツの生産や、将来的には完全な生産シリーズの生産も可能になる。

セットアップと金型費用は、3Dプリンティングが明らかに優れているもう1つの分野である。これとは対照的に、射出成形では、部品を成形するたびに金型費用と多くの場合セットアップ費用が発生します。前述したように、DFM解析は金型製作コストの削減に役立ちますが、金型製作には多額の初期費用がかかる可能性があります。

さらに、3Dプリンティングは、部品点数を減らし、軽量で構造的に強度の高い部品を作り、組み立て費用を削減する素晴らしい機会を提供します。3Dプリンティング技術を使って部品を製造することで、従来の方法では実現できなかったり、製造が難しかったりする部品の特徴を実現することが可能になります。

3Dプリントには、治具や金型、さまざまな種類の工具が必要ないことを覚えておくことが重要だ。このことは、これまでに見られた追加コストを相殺するのに役立つ。重要なのは、3Dプリンティングから得られる総合的な価値である。時間が経てば、3Dプリンティングに関連する特定の追加コストが製造コストを下げ、設計の柔軟性が高まり、より高品質の部品が得られる可能性がある。

結論

iI要約すると、射出成形が主に生産に焦点を当てているのに対し、3Dプリンティングはサプライチェーン全体に付加価値をもたらします。3Dプリンティングは、設計や製造の柔軟性の向上、材料の節約、倉庫や輸送費の削減、市場投入までの時間の短縮、製品品質の向上、コスト効率化を可能にします。

射出成形と比較すると、3Dプリントはより迅速な製品の反復とコスト削減を実現します。部品を3Dプリントした後に設計上の欠陥が発見された場合、CADファイルを簡単に調整し、数日以内に別の反復のためにプリントすることができます。

一方、射出成形では、設計を変更するたびに、金型の手直しによる多額の費用が発生する。さらに、射出成形では、金型の作成に複数の要素を考慮する複雑なプロセスが含まれるため、より複雑な先行設計作業が必要になることが多い。

3Dプリンティングの費用対効果は、次のようなものである。 射出成形 の方法は、材料、設計の複雑さ、スループット、品質要件などの要因によって異なります。少量生産、プロトタイピング、複雑な設計の場合、3Dプリンティングの方がコスト効率が高い場合があります。しかし、大規模生産の場合は、射出成形やCNC機械加工などの射出成形法の方が単価が安くなる可能性があります。