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長良の落陽。

3Dプリンターで造形物を作成する場合によくある質問

Q.3Dプリンターの造形方式は何を選べば良いですか?
造形方式は造形したい物や操作する人のスキルで選ぶようにしましょう。3Dプリンターの代表的な造形方式には熱溶解積層方式と光造形方式があります。
熱溶解積層方式は、加熱されたノズルの中で材料を溶かして吐出しながら材料を層上に積み上げる方式です。他の造形方式と比較して取り扱いやすいため、3Dプリンター初心者におすすめです。
光造形方式は、プラットフォームに液体の樹脂を浸して、樹脂部分に紫外線を当てて硬化させて層を作っていきます。液体樹脂を使用しているため高精度な造形が可能です。そのため、フィギュアやアクセサリーなど細かな造形物を作成したい方におすすめです。
Q.3Dプリンターのフィラメント種類を教えてください
3Dプリンターに用いられるフィラメントは大きく7種類に分類できます。
プラスチック
レジン
ゴム
ナイロン
石膏
木材
金属
各フィラメントによって特徴は異なるため、作成したい造形物に合ったものを選ぶようにしましょう。

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自動車業界における金属3Dプリンタ採用のメリット

製品の軽量化
強度を保ちながら軽量化が必要な部品は、複雑な形状になる場合が多々あります。
しかし、自動車部品の製造で用いられることの多い鋳造や切削加工、板金加工では、製造が困難です。
一体成型できる金属3Dプリンタがあれば、複雑な形状を実現できる可能性があります。
また、従来は製造方法に対する向き不向きの関係で採用が難しかった材料でも、
金属3Dプリンタによる造形であれば採用できる可能性があります。
金属3Dプリンタであれば、形状に加えて、材料面でも強度と軽量化を実現可能です。
自動車業界では今後EVが普及していくことが想定されています。
バッテリーを積んだEVは従来と同等の車両サイズでも重量が大きくなる傾向です。
車両重量の増加は燃費や航続距離に直接影響があるため、部品の軽量化による車両本体を軽量化することは燃費向上に繋がります。
多品種少量生産への対応
切削加工や放電加工をする場合は、製造する部品ごとに制御プログラムが必要です。
大量生産の場合、製品1個あたりに換算した制御プログラムの作成コストは、それほど大きくありません。
しかし、多品種少量生産の場合には、製品1個あたりの作成コストが大量生産の場合に比べて大きくなり、製品コストに大きな影響を与えます。
また品種ごとに制御プログラムを準備する必要があり、作成工数もかかります。
金属3Dプリンタであれば、3DCADのデータのみで製造可能です。
別で複雑な制御プログラムを準備する必要がなくなるため、製造に至るまでの手間とコストを大幅に削減可能です。
新たな付加価値の付与
金属3Dプリンタを採用することで、自動車部品や製造設備に新たな付加価値を与えることが可能です。
例えば、一体成型であればコストを抑えつつ金型に冷却路を確保できます。
同様に、金属部品の内部にケーブルやその他経路などを一度に成形できるため、従来は難しかった形状に経路を構築することが可能です。
配線を部品内部に通すことで配線の断線や劣化を抑制できます。
また、新たに構築した経路に冷却水を流し作動時に発熱しやすい部品を冷却することで、作動可能時間を延長することが可能です。
このように、付加価値の向上や新たな技術開発に繋がる可能性があります。
このように、従来は複数の部品を組み合わせることで実現していた機能や製造の都合で実現できなかった機能を、
3D金属プリンタを用いることで実現できる点は、大きなメリットの一つです。
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金属の造形でよく使われる粉末造形方式

粉粉末造形方式は、大別して4つの方式があります。以下に解説します。
パウダーベッド方式
金属造形で、最も多く使われているのがパウダーベッド方式です。
金属粉末を敷き詰め、固めたい部分のみにレーザービームや電子ビームを照射し、溶かしてから固める仕組みです。
パウダーベッド方式は、造形精度が高く、多くのメーカーがリリースしているため、自社に適した3Dプリンタを選択できます。
メタルデポジション式
メタルデポジション方式は、指向性エネルギー堆積法とも呼ばれています。
レーザーなどの照射により溶融した金属基材に連続的に材料を供給し、金属を盛り上げて造形する方式です。
パウダーヘッド方式と比較すると、高速で造形物を作成できるというメリットがあります。
超音速堆積法
超音速体積法は、金属粉末を超音速に加速し吹き付けます。
吹き付けてぶつけることにより、金属の粒子同士を結合させる仕組みです。
既存の金属3Dプリンタと比較すると、100倍以上速く造形できて、熱源やレーザービームを使用しないこともメリットとなります。
バインダージェット方式
バインダージェット方式は、金属粉末にバインダーと呼ばれる液体結合剤を噴射して、結合させながら造形させる方法です。
造形後にバインダーを除去すれば完成品となります。
造形速度が速いため注目されている方式ですが、脱脂や焼結の工程を経なければ、完成した金属部品にはなりません。
しかし、サポート材を使うことなく、複雑な形状の造形が可能なのは大きなメリットです。
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3Dプリンタの概要

そもそも3Dプリンタとは、どのようなものなのでしょうか。ここでは、3Dプリンタの概要を解説します。
3Dプリンタとは
3Dプリンタは、3Dのデータをもとに設計を行い、金属で造形するための装置です。
具体的にはチタン、アルミニウム、ステンレスなどの金属を使用し、一層ずつ積み重ねていきます。
一般的には、パソコンで3DのCADモデルを作り、その形に合わせて造形します。
3Dプリンタを活用すれば、従来は造形できなかったさまざまな形の製品を生み出すことが可能です。
3Dプリンタの方式
3Dプリンタの方式はさまざまあります。
パウダーヘッド方式では、敷き詰めた金属粉末の固めたい箇所のみにレーザーを照射して
金属粉末を溶融凝固させることを繰り返して形状を積み上げて行きます。
FDM(熱溶解積層)方式は、金属粉末と樹脂を混ぜた材料を3次元形状に積み上げて成形体を造形したのちに、
脱脂焼成することで3次元形状造形物を得る方法です。
メタルデポジション方式では、吹き付けた金属粉末を溶融凝固させながら3次元形状に積み上げていきます。


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バインダージェット方式では、金属粉末に結合剤を吹きかけて成形体を造形したのちに、脱脂焼成することで造形体を造ります。
超音速堆積法は、金属粉末を超音波として噴射し、金属粒子を結合させる方法です。
液体金属堆積法では、細かい金属粒子を噴射して造形します。
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省人化・省力化・少人化の違い

省人化とは
そこで、トヨタ生産方式でいうところの省人化(しょうじんか)が必要となります。
省人化では、小数点以下の人員の仕事を残さず、作業の振り分けや機械の導入などにより確実に一人分の仕事を減らします。そうすることで一人をラインから抜き、その人を他の仕事に回すことができます。
ある生産量の仕事を、余分な人員を省き、いかに少ない人数で行うか?工数ではなく人の数で考えることが省人化の要となります。
省人化のために改善を進める際は、はじめに人の作業改善を行い、次に設備改善を行うことが求められます。
実際の改善活動では、作業効率を上げる省力化に止まり、人員を減らす省人化まで進まないことも多々起こります。しかし確実に収益に繋げるためには、諦めずに改善を図り、省人化まで進めることが必要不可欠です。
省力化とは
例えば、5人で生産するラインがあると仮定します。
作業改善を図り、0.9人分の仕事が減らせたとしましょう。これを一般的な言葉で、省力化(しょうりょくか)といいます。作業能率は上がっており、各作業員の負担を軽減することには成功しています。
しかし、0.1人分の仕事が残っているためにこの一人をラインから抜くことができません。これでは、効率は上がっても人員を減らすことができず、結果として収益に結びつかない事態を招いてしまいます。
少人化とは
また、トヨタ生産方式には、少人化(しょうにんか)という考え方もあります。
この「目のない少人化」は、日々変動する顧客の需要(生産数の増減)に応じて、最も少ない人数で対応することを意味します。
少人化をすることで生産ラインは定員制ではなくなります。10割の生産が必要な時は10割の人員で、7割の生産ならその必要生産数に応じて7割の人員で対応します。
このように、生産数に応じて自在に人員数を変動させられる体制のことを、少人化体制といいます。
以上が、省力化・省人化・少人化の違いです。関東製作所は、これらの中で省人化を全面的に推奨しています。
では、省人化を導入することで、どのようなメリットがあるのでしょうか。

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