What are the Advantages of 3D Printing Small Batch

はじめに：射出成形は至る所で使われています。実際、現在世界にあるプラスチック製品の大半は射出成形で作られています。大量生産には優れていますが、従来のCNC加工による金属金型は高価で、小ロット生産向けに作るには長い時間がかかります。

プロトタイピングや少量生産（10～1000個程度）の場合、3Dプリント射出成形金型は時間節約とコスト効果の高いソリューションです。また、より柔軟な製造方法が可能になるため、エンジニアやデザイナーは金型設計をテストし、簡単に変更し、従来のCNC機械加工よりも速く、はるかに安く設計を反復することができます。

ここでは、「3Dプリントとは何か」「3Dプリントのデメリット」「3Dプリントのメリット」「3D小ロットプリントの代表例」「3Dプリントの課題」の5つの側面から、3Dプリントによる小ロット射出成形のメリットを詳しく解説する。

3Dプリンティングとは？

3Dプリンターとは、3次元CADデータから一定量の材料を加え、層ごとに直接造形物を生成する積層造形法である。造形の基本的なプロセスは、CADモデルから積層造形、そして最終的に製品となる。製造工程全体では、3次元、2次元、3次元の変換が行われる。

小ロット生産における3Dプリンティングの利点とは？

3Dプリンティング技術は、業界における独自のイノベーションプロセスです。時代の進展とともにその価値は徐々に明らかになり、大きな市場成長余地があります。将来の製造業を牽引する数多くのブレークスルーの1つとなることは必至であり、すべての射出成形実務者が注目すべき技術です。

わが国は世界のプラスチック製品の約20%を生産している。プラスチック製品の量産には金型が欠かせない。しかし、従来の金型開発では、十分な試作検証や市場の反応を得るまでに時間と投資が必要でした。これは、現在のアジャイル・マニュファクチャリングが提唱する柔軟で迅速な市場指針に反する。

3Dプリンティング技術は、産業分野で広く利用されるようになって以来、金型の試作に使用する場合、継続的な探求の中で成熟してきました。3Dプリンターは小ロット生産において多くの比較優位性を持っている：

どんな複雑な形状にも対応

STLファイルに変換された後、CATIA、UG、CREOなどの任意のCAD図面を含む3Dデジタルモデルがある限り、3D印刷技術は、高精度のモデル印刷に非常に便利であり、製造工具や治具のプロセスを排除し、直接製品を加工し、問題を解決するまた、材料を節約し、生産工程で解決することが困難な時間を短縮します。専門的な統計によると、新製品開発のコストは従来の方法の1/3～1/5に削減される。

CADソフトで設計した金型部品を3Dプリンターで出力し、さらに実際に組み立てて構造の合理性を検証することで、金型の精度や工程、寿命の検討・調整が容易になります。

従来の金型製造よりはるかに速く、安い。複数の金型バージョンを同時に印刷することができる。

実際、金属3Dプリント金型は、従来の金属金型よりも高価で、製作に時間がかかるケースもある。金型の製作が有利なのではなく、製品全体を3Dプリント金型で製作する方が経済的なのだ。

要するに、プラスチック（またはポリマー）3Dプリンターと丈夫で耐熱性のある素材を組み合わせてプラスチック金型を3Dプリントすることで、企業は射出成形金型を自社で作ったり、サービスプロバイダーを見つけて素早く注文したりすることができる。

3Dプリントされたプラスチック金型は、少量の部品（材料によって100個または10,00個）に使用でき、90%のコストは金属金型よりも低い。予算が限られており、リードタイムが短い場合は、プラスチック3D少量印刷が好ましい金型製造方法です。

製品と金型の試作時間を大幅に短縮

小さな金型の場合、コストとサイクルは顧客を満足させることは容易ではない。一部の家電製品では、発売サイクルが製品の利益に深刻な影響を与える。3Dプリンターを使って金型を開発することは、非常に費用対効果が高い。生産にかかる時間は、対象物のサイズと複雑さに依存するだけだ。3Dプリンターは、製品を検証するための部品やシリコン型を2～24時間で製造することができ、これは射出成形やスタンピング金型に比べて間違いなく一歩リードしている。

3Dプリントは、外観や組み立ての検証テストに特に適しています。初期の設計に満足できない場合は、STLファイルを調整して再度3Dプリントするだけでよいため、モデルの製造がスピードアップし、迅速な設計の反復が可能になる。さらに、3Dプリントを使用して新製品を小ロット生産して市場を開拓したり、3Dプリントを使用して一部の部品を交換したりすることで、金型の開発コストを節約することもできます。

機械加工金型と同等の品質。コンフォーマル冷却水路を形成可能。機械加工金型より原材料が少なく、製作も速い。複数の金型版を同時に造形可能。用途の選択肢が多く、外注メーカーに適する。データ漏えいを防ぎ、社内方式で知的財産を保護。射出成形部品は同等の品質を持つ。

従来の加工金型に比べ、3Dプリント金型の利点は、スピード、コスト、材料の節約であり、設計はより柔軟である。金属3Dプリント金型を例にとると、以前は中堅・大企業しか使っていなかったかもしれないが、今では中小の金型工場も使っている。この技術が普及するのは時間の問題だ。

要するに、積層造形とも呼ばれる3Dプリンティングは、これらの企業が従来工程より速く安価に、より優れた射出成形用金型と治工具を製作するのに役立ちます。3Dプリント金型が金型製造業界の常識を変えていると言えます。

最高水準の品質を提供

例えば、最終製品がシリコン製品で、3Dプリントした金型を使用する場合、シリコンがプラスチック金型に干渉したり、化学反応を起こしたりすることはない。注意しなければならないのは、プラスチックの融点だけだ。素材によっては耐熱性さえあるため、3Dプリント金型に最適で、シリコンの部品は表面が非常に滑らかで、細部まで作り込むことができる。また、3Dプリント金型は強度が高く、簡単に何度も使用できるため、生産工程を改善するためのプレミアムなソリューションとなります。

鋳造はポピュラーな鋳型の製造方法だが、3Dプリンティングは砂型から製造される金属部品の製造にも使用できるようになった。このシナリオで3Dプリントを使用すると、プリントモデルの表面効果は非常に微細になり、デザインの正確な形状が砂に残され、精密な金属製品が作成されます。

例えば、宝飾品シリーズは主にインベストメント鋳造法で製造されます。3Dプリンティングでワックスパターンを作製し、これを被覆してシェルを形成し、焼成してキャビティ金型を得ます。最後に、必要な溶融金属をキャビティへ注入して最終製品を得ます。 3Dプリンティングによる小ロット射出成形金型の代表例。

ゼータ金型中国上海にある射出成形会社で、迅速な型開きと小ロットの射出成形サービスを提供している。ここ数年、従来の少量生産に対する需要が急増している。現在、Zetar MoldはNexa3D NXE 400 3DプリンターでxPEEK147樹脂材料を使用して金型インサートを製造し、従来の金型から部品を組み立てている。

金型一式は12時間で製作でき、そのうち8時間は3Dプリントに、4時間は後処理や硬化に使われる。試作金型の開発期間が4週間から48時間に短縮。

さらに、各金型セットのコストは$10,000から$350に削減できる。これらのハイブリッド製造金型は、従来の金型に比べて最大96%のコスト削減で、1,000本以上のボトルを失敗することなく製造することができる。従来の射出成形では、最大のコストは金型の製造である。製品を大量生産し、販売することによってのみ、金型の製造コストを回収することができる。

製品のライフサイクルが短かったり、需要が少なかったりする場合、機械加工用の工具に投資するのは経済的に意味がないかもしれない。現時点では、3Dプリンティングで金型を作る方が良い選択かもしれない。コストコントロールの範囲内で、メーカーは製品の範囲を拡大し、以前は経済的に実現不可能だったカスタマイズや少量生産を行うことができる。