理由①：グローバル化によって多品種小ロット生産が求められる
3Dプリンターが最終製品に使われる理由のひとつが、「製造業のグローバル化」です
従来の製造業では、少品種大量生産といって少ない品種を数多く生産する方式が採用されていました。しかし、経済の発展が成熟した現代においては、価値観や生活スタイルなどが大きく変化しています。消費者の需要が多様化しているため、製品のサイクルも早くなっているのが現状です。
そして世界の市場で勝つためには、高付加価値化・カスタマイズ化が必須であり、一種類あたりの数量を減少させて、機能や精度を高度化することが求められます。
3Dプリンターを活用すれば、多品種小ロット生産に対応できます。
多品種小ロットのメリット
以下は、多品種小ロット生産のメリットです。
在庫の量を最小限に抑えることが可能
一人ひとりのニーズに応えられる
多品種小ロット生産は、在庫の量が少なくなります。
在庫管理が楽になるだけでなく、市場からの需要の変動を見て生産量を調整することも可能です。一方の少品種大量生産は、大量の売れ残りを抱えてしまうリスクがあります。売れ残りの在庫を抱えてしまうと、かなりの損害が発生してしまいます。
また、顧客の要望に応えられるのも、多品種小ロットならではのメリットです。
デザイン、品質、機能、コストなどを一人ひとりの希望に合わせて提供することで、顧客満足度を高めることができます。大量生産の場合はきめ細かい顧客ニーズに対応することが難しく、ある程度妥協してもらう必要があるでしょう。
多品種小ロットのデメリット
多品種小ロット生産のデメリットは、以下のとおりです。
生産効率は低い
資材のコストは上がる可能性がある
多品種小ロット生産は、生産効率は高くありません。
顧客の要望に合わせて多品種で生産するため、品種による準備や生産ラインの切替が必要になってしまうからです。少品種大量生産では、同じ製品を長く作り続けることができるため、ラインを停止する必要はありません。
生産効率の低下に加えて、資材のコストが上がることでコスト上昇リスクもあります。
多品種少ロット生産は、不定期に多くの種類の材料を少量ずつ仕入れる必要があります。定期的に大量の材料を仕入れられる大量生産と比べると、コストは高くなってしまうのです。
理由②：業務用3Dプリンターの低価格化
最終製品に3Dプリンターが活用され始めたのは、低価格化もひとつの理由です。
3Dプリンターは、「FFF（熱溶解方式）の特許切れ」や「製造するメーカーの参入が増加したこと」などにより、業務用・家庭用ともに安価になってきています。
たとえば、業務用3Dプリンターを中心に取り扱うFLASHFORGEには、「Creator4S」という最終製品まで対応できる機種があります。従来の3Dプリンターが苦手とする大型の造形を可能にする機種であり、大型モデルでも分割することなく、一体化した状態での造形が可能です。
理由③：3Dプリンターの多様化
3Dプリンターの多様化が進んでいることも、最終製品に活用される理由です。
特に3Dプリンター用材料は、著しく多様化が進んでいます。
ほかにも、直近では金属の利用意向は増えていて、金属3Dプリンターを製造するメーカーも多くなっています。従来は5,000万円以上だった装置が、今では半値近くで購入できるようになっていることも原因といえるでしょう。
また、フルカラー材料を活用すれば塗装工程を省くことができるので、大幅なコストの削減にもつながります。
多様化した3Dプリンターを活用すれば、さまざまな素材の製品をつくることが可能です。
かつて3Dプリンターは、試作で使われることがほとんどでした。
その際に利用した3Dプリンターの性能や試作の出来栄えなどに手ごたえを感じた企業などは、最終製品に3Dプリンターを活用しようという動きが出てきているのです。
また、試作段階から最終製品と同水準の試験を行う企業なども、できあがった製品の品質や機能性を高く評価したあと、最終製品に3Dプリンターの導入を検討する場合もあるようです。
満足度の高さも、最終製品に3Dプリンターが選ばれる理由のひとつといえます。
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金属製品の高性能化
金属3DプリンターによるAMであれば、従来のFMやSMでは造形不可能だった、トポロジー最適化やメタマテリアルに代表される高性能な複雑形状を成形可能です。例えば、内部を蜂の巣のようなハニカム構造状にすることで軽量化したり、三次元的に表面積を増やして熱交換効率を上昇させるなど、部品の「高性能化」を実現できます。
接合箇所の削減
上記の内部構造の複雑化にも関係しますが、かつては造形物を接合することでしか実現できなかった構造を、金属3Dプリンターであれば一体造形することが可能です。
例えば、複雑に絡み合う配管は、従来は直線やカーブなどの比較的単純な形状のパイプを接合して組み立てる必要がありました。そのため、接合まで考慮した全体の工程設計そのものに多くの時間とリソースが割かれていました。しかし、金属3Dプリンターによって絡み合った配管を丸ごと造形すれば、接合や組み立て作業そのものが不要になるため、工程設計にかかる時間ごと圧縮が可能です。接合点数の削減は、接合工程の省略や、品質管理工程の軽減にもつながるのです。
金属部品の修復
一度破損してしまえばパーツ交換が基本であった金属部品も、金属3Dプリンターを活用し、破損した箇所に新たに材料を付けたすことによって、失った部分を再生することが可能です。設計書などが残っていない場合も、在庫品の光学的なスキャニングによって、まるまる複製するようなリバースエンジニアリングを現地で実施することが可能です。
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これまで人が行っていた作業を肩代わりしてくれる産業用ロボットを導入することで、以下のように様々なメリットがあります。
省人化
産業用ロボットにより自動化した工程では人を配置する必要がなくなり、人員を減らすことができるので省人化につながります。人手が不足している製造業において、省人化は産業用ロボットを導入する最大のメリットです。
生産性・効率アップ
人の代わりとなって働く産業用ロボットは、人には危険な作業も任せることができるため作業効率が向上します。また、作業現場に人がいない夜の間も24時間稼働し作業し続けることが可能なので、生産性の向上にも大きく貢献します。
安定した品質の維持
人の手で作業を行っていると、どうしても高い集中力を保ち続けることは難しく人為的なミスが起きる可能性を完全には防げません。しかし産業用ロボットを導入すればそのようなヒューマンエラーの心配はなくなり、安定した品質の製品づくりが可能になります。
コスト削減
産業用ロボットの設定や導入による初期コストは多く発生しますが、作業の生産性や効率がアップすることで、長期的に見るとトータルでのコストの削減につながります。
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金属積層造形にはデメリットもあります。ここでは、主な3つのデメリットを解説します。
造形方式に合わせた知識が必要になる
先述したように、金属積層造形には複数の方式があります。
それぞれの造形方式によって強みが異なるため、金属積層造形に詳しい人材がいない場合は方式選定から迷いかねません。
また、造形形状の設計や金属3Dプリンタ設定を理解できなければ装置の運用が難航します。
情報が少なく費用対効果が予測しにくい
2022年現在、金属3Dプリンタを導入済みの企業はそれほど多くありません。
そのため、技術の用途や、初期費用の回収見込みの予想が難しい側面があります。
また、金属積層造形は、樹脂による造形に比べると導入・維持にかかるコストが割高です。
費用対効果の不透明さから、多くの企業では金属3Dプリンタを試作だけにしか利用できていません。
試作は3Dプリンタを活用し、生産は従来製法という形式が一般的です。
大量生産に向かない
パウダーヘッド方式のように、金属3Dプリンタには造形に時間がかかるものも少なくありません。
また、組み付ける部品の場合は、ほぼすべての場合で別途加工が必要となります。
生産スピードと精度がネックとなり、金属3Dプリンタを大量生産に利用しているのは、現時点では一部の企業のみです。
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アウターロータ型ブラシレスDCモータは、内側にコイルを組み込んだステータ（固定子）、外側にマグネットを組み込んだロータ（回転子）を配し、このロータが回転する構造です。
ロータが外側にあるためインナーロータ型よりも外径的な構造が大きくなっています。そのため、モータのサイズ制約がある場合は採用しづらい場合があります。
また、慣性モーメントは質量や外径、長さ(厚さ)に比例します。つまりアウターロータ型ブラシレスDCモータの場合、回転軸の慣性モーメントが大きく、動作に必要なエネルギーも大きくなるため、回転の立ち上がりに時間がかかる傾向です。短時間の回転立ち上がりが必要な場合は不利に働くことがあるでしょう。
回転部が外にあるため外部からの接触（やけど、擦過傷）、塵埃・液体による汚損などを防止するなどの保護対策が必要です。
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