製造現場で活躍する3Dプリンタ製の治工具

製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 課　題 「より多く生産し、品質を向上させ、労働災害を減らし、コストを削減すること」。 生産技術や生産管理の担当者であれば、この言葉は聞き覚えがあるはずです。しかし、特にリソースが 限られている中で、本当に実現できるのでしょうか？ 私たちは、それが可能であることをお伝えしたいのです。しかし、そのためには、現状を打破するような 特別な戦略をとる必要があります。それは、製造現場を維持するために使用する工具についての考え方 を変えることで、作業をより効率的に、安全に、そしてコスト効率よくすることです。 すべての製造業では、製品を作るために治具や固定具などを使用しています。生産工程に欠かすことの できないものです。しかし、多くのメーカーが、ボルトや溶接で結合された機械加工された金属部品で 構成される従来の治具に頼っているのが問題です。しかし、その前に、もっといい方法があるはずです。 その前に、生産用工具をめぐる現在の考え方について見ておきましょう。 製造現場にある工具は、ある一定の生産量と品質を達成するために必要な最小限のものに限られている と思います。その理由は、まず製造コストが高いからです。機械加工された工具は熟練した機械工に依 存し、その設計は一般的な製造上の制約によって制限されています。また、減点法の機械加工では、多 くの材料が無駄になるのが一般的です。 ソリューションガイド

2 製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 また、CNC加工、溶接、組み立てなど、従来の方法で作られた治工具は、製造に長い時間がかかります。 また、外注する場合は、外注先のバックログ、納期、出荷がリードタイムに加算されます。内製化にも 同様の制約があります。さらに、現地で作られた治工具は、収益を生む生産に使えるはずの資源を消費 してしまいます。しかし、社内の機械工場が最終製品に取り組まないとしても、代わりに 3Dプリンタの 造形が可能な、よりシンプルで要求の低い治工具のために、熟練した機械工を拘束する必要はないでしょ う。 金属製の治工具は重く、大きなものは操作が簡単ではありません。作業者の負担や怪我の原因にもなり かねません。また、移動のために天井クレーンやホイストなどの付属工具が必要な場合は、作業のスピー ドが落ちてしまいます。また、これらの道具は使う人のことを考えず、作業のためだけに設計されている ことも少なくありません。このため、道具を作業者に合わせるのではなく、道具に作業者を合わせるため、 疲労や反復運動による怪我を引き起こす原因となっています。 このような工具のパラダイムは、これまでにも、そしてこれからも、ほとんどの製造業で標準となること でしょう。しかし、その結果、製造者の業務改善能力が制限されるというペナルティが発生します。工具 は生産性を向上させるものであるため、直感に反するかもしれません。しかし、現状を変えるには、あま りにも高価で、正当化しにくく、限定的なものであれば、そうはいきません。ほとんどの作業は、現状 維持がビジネスのコストであると考え、ただやり過ごすだけです。 3Dプリンタの造形は、このような典型的な金属製、多部品、溶接の組み立て治具を置き換えることができる ソリューションガイド

製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 解　決 アディティブ・マニュファクチャリング（AM）と も呼ばれる 3Dプリンタの造形で、従来の方法に 代わって工具を作ることは、工場の現場作業を 改善するための重要な要素です。AM治工具は、 生産量の増加、品質の向上、コストの削減、労 働者の怪我の減少に役立ちます。AM治工具は、 生産と組み立て、品質管理と検査、健康と安全、 包装と物流など、製造プロセスのほぼすべての 領域に恩恵をもたらします。 コスト面では、AM治工具は一般的に安価に製造 できます。3Dプリンタにかかる費用を差し引け ば、必要なのは治工具を作るのに必要な材料の 量だけです。これに対し、サブトラクティブ（減法） 加工では、材料のほとんどが機械加工現場のチッ この3Dプリンタの造形物は、ホイールラグナットの取り付けをより軽く、 プとして廃棄されます。3Dプリンタは、CNCフ より速く行うための手段 ライス盤とは異なり、専任のオペレーターや高度 な技術を持つオペレーターも必要ありません。3Dプリンタの造形が始まれば、部品が完成するまでは、 3Dプリンタが単独で作業を行います。 リードタイムの短縮も重要な利点です。3Dプリンタは、従来型の治工具よりもはるかに短時間で造形 できます。3Dプリンタは、外注や社内の機械工場で発生する典型的な遅延を回避することができます。 AM治工具を採用した企業では、従来の工具製造プロセスと比較して、80～ 90パーセントのサイクル タイムの短縮を実現しています。これは、治工具が壊れて生産がストップした場合や、新しい生産ライン の治工具を作る必要がある場合にとくに重要です。機械加工や溶接された治工具を製作するのに 3週間 待つ代わりに、3Dプリンタで一晩のうちに造形できるため、生産のダウンタイムを大幅に短縮すること ができます。 3Dプリンタの造形は、治工具設計をより効率的に反復することができます。治工具を造形し、試してみて、 変更が必要であれば、CAD設計を修正し、別のものを造形します。これによって、最適な治工具設計を 実現することができます。機械加工された治工具では、時間とコストがかかるため、ほとんどの場合、こ のようなことは不可能です。

4 製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 設計の自由度は、一般的な製造上の制約を避けることができるため、さらなる利点があります。3Dプリン タの造形では、材料の密度を変えることができ、重要な荷重がかかる箇所では多く使い、荷重があまり かからない場所では少なくすることができます。そして、この変更は、3Dプリンタが 1回の造形作業で 自動的に処理することができます。その結果、より軽く、より使いやすい治工具ができあがります。金属 製の治工具で同じ目標を達成するのは、不可能ではないにせよ、困難です。また、この機能により、人 間工学に基づいた治工具を作ることができ、作業がより簡単に、より効率的になります。 低コスト、短時間での製作、優れたデザイン、これらの利点が組み合わさることで、より多くの治工具を 製作し、生産工程に導入することが可能になるのです。より速い生産は、新しい生産ラインの治工具アッ プに必要な時間を削減します。作業をより効率的に、より正確に行えるが、時間やコストの問題から、こ れまで正当化できなかった治工具も、今後は可能になっていきます。作業をより簡単にする新しい治工 具は、作業効率を高めます。組立ラインでは、より多くのフィッティングチェックツールを導入することで、 品質不良にいち早く気づき、対処することができます。その結果、生産プロセス全体において、コスト 削減と効率アップの複合的な効果が得られるのです。 通常は複数個の溶接アセンブリであるものを、この単一 ピースの検査ツール（白色）に置き換える ソリューションガイド

製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 現場に生かす 生産・組み立て治具 生産・組立用工具は、主に製造工程で使用される ため、AM治工具のメリットを享受できる最大の機 会の 1つです。AM治工具の新規導入や交換の 機会には、つぎのようなものがあります。 • 組み立て治具 • 位置合わせ治具 • 保持具 • ミーリング固定具 簡単に製作できるドリル治具で、宇宙ロケットの組み立て工程をスピード アップする • ドリル＆カッティングガイド • ロボットのエンドエフェクタ • 工具の点検・取り付け • サロゲートパーツ • ペイントマスク まず、既存の治工具の在庫を調べて、AM治工具 で補える部分を特定するのがよいでしょう。さらに、 既存の治工具が壊れたり、欠けたり、消耗したり した場合の代替品として AM治工具を使用します。 ロボットのエンドアームツール（EOAT）は、AM の軽量な強度と設計の自由度が、従来のユニット を陳腐化させる良い例です。EOATが軽くなれば、 より小さなロボット・アクチュエータ・モータを使 軽量な3Dプリンタのエンドアームツールは、ロボットアームへの負荷を軽 用したり、アームの作動速度を上げたりすることが 減し、通常、金属製のものと比べて、より速く、より低コストで作ることが できる 可能になります。また、3Dプリンタの造形は、複 数部品の設計を統合し、内部の真空チャンネルや その他の一体型機能を組み込むことができます。

6 製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 品質管理・検査 品質管理もまた、AM治工具の導入に適した環境 です。検査部門だけでなく、アプリケーションでは、 製造サイクル全体を通じて、多くの品質を評価・管 理できます。その代表的なものが以下の通りです。 • CMM固定具 • 試験固定具 • ゴーゴーゲージ • サロゲートパーツ 3Dプリンタの造形物を用いて、この自動車アセンブリの適合性を検査する • フィットチェックゲージ 作業員 • ワークホールドデバイス AM検査ツールを「ダブルアップ」できる例として、 CMM固定具とサロゲートパーツが挙げられます。 新製品の初品検査では、通常、検査用治具をセッ トアップして、部品が仕様に適合しているかどうか を判断する必要があります。しかし、初品が生産さ れるまで、検査プログラムの検証は待たなければ ならず、遅延が発生します。その点、3Dプリンタ で正確な初号機を作れば、CMMのプログラミング を検証することができます。これは、アディティブ・ マニュファクチャリングをさまざまな方法で活用し、 時間を節約して生産を迅速化できる方法の一例で す。 このCMM検査治具は、金属製工具の製造にかかる時間の何分の一かの時 間で作成された ソリューションガイド

製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 パッケージングとロジスティクス AMの利点は、パッケージング、ロジスティクス、部品の 取り扱いにも及びます。製造工程における商品の効果的 な整理と保護は、具体的な利益をもたらすからです。こ の分野でのチャンスは、以下の通りです。 • ツールガード • ダンネージトレイ • キッティングボックス • 熱成形用金型 アディティブ・マニュファクチャリングの自由な設計により、 アディティブ・マニュファクチャリングの設計の自由度により、 カスタムツールホルダーやソーティングトレイを簡単に作成する 治工具ホルダやダンネージトレイを、収納する治工具や部 ことができる 品に合わせて簡単に作成することができます。 また、複雑な形状にも対応できます。 FDMテクノロジーは、複数のビン、コンフォーマルトレイ、包装材を作成するために使用できる熱成形 治工具を、迅速かつ安価に作成する方法も提供します。これにより、一般的に金属削り出しの熱成形治 工具で発生する時間やコストを回避することができます。 健康・安全 AM治工具が労働安全にどのような効果をもたらすかは、あまり知られていないようです。会社が認めた 治工具は安全で、使用者が怪我をすることはないと思われています。しかし、この考え方は、繰り返し使 用することによる長期的な影響や、治工具も含めてほとんどのものが改善可能であるという現実を見落と しています。 3Dプリンタで造形された白い親指用治工具は、この樹脂プラグを挿入する際に、疲労を軽減し、使い過ぎによる怪我を防ぐためのテコの役割を果たす

8 製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 代表的な機会は以下の通りです。 • ハンドガード、リストガード • ホールディングデバイス • バンパー＆ガード • エルゴノミックコンバージョン AMの特徴である「早い」「安い」「カスタマイズできる」は、 大きな投資をしなくても、作業者の安全性を向上させる 治工具として、このカテゴリーを簡単に獲得することがで きます。AM治工具は素早く作成できるため、作業の安 この3Dプリンタ製のグリッパーは、作業員がより快適にコネク 全性を向上させる簡単なアイデアであれば、通常、翌日 タを握ることができ、疲労を軽減することができる から使用することが可能です。 さらに、重くて扱いにくい治工具を、より軽くて人間工学に基づいた 3Dプリンタの造形に置き換えるこ とも可能です。治工具の重量を減らし、作業者にとって快適なように設計を変更することで、反復運動に よる怪我を減らすことができます。また、作業効率が向上し、反復時間の短縮が積み重なることで、サ イクルタイムの短縮という複合的な効果も得られます。 これは無視できない分野の一つです。米国労働安全衛生局の試算によると、怪我による直接的な労災補 償は、1週間あたり10億ドル近くに上ります。軽量で人間工学に基づいた 3Dプリンタの造形は、この ような反復性緊張による休業損害を軽減または排除し、生産への影響を最小限に抑え、労働者に利益を もたらすことができます。 この自動車用ドアシール治具は、3Dプリンタの造形により、80％の軽量化と作業サイクルの短縮を実現 1 https://www.osha.gov/dcsp/products/topics/businesscase/costs.html ソリューションガイド

製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 材料の多様性がカギを握る AM治工具に関するよくある質問は、金属に取っ て代わるほどの強度と耐久性があるかというもの です。実は、多くの場合、金属は必要ないのです。 だからこそ、私たちは FDM®3Dプリンタの造形 をお勧めするのです。FDMテクノロジーの魅力は、 その多様な材料ポートフォリオにあります。エンジ ニアリンググレードの熱可塑性樹脂と高性能樹脂 があり、それぞれ異なる性能特性を持っています。 ABSとASAは、高負荷が関係ない多くの治工 具用途に最適です。FDM® TPU 92Aはエラスト マーで、柔軟でコンフォーマルに対応するペイン トマスクに最適です。より要求の厳しい用途では、 FDMナイロン 12CF ™（カーボンファイバー）、 ULTEM ™ resin PEI、Antero ™ PEKKベース の材料が、高性能、耐薬品性、高強度特性を提 供します。 特に金型を意識して設計された素材のひとつに、 Diran ™ 410MF07があります。これはナイロン TPU 92Aエラストマー製のソフトタッチで柔軟な組み立てツールは、塗装 ベースの樹脂で、強靭でありながら滑らかで滑り 面を傷つけることなくバイクのタンク上にバッジを配置することができる やすい表面仕上げが特徴です。この低摩擦特性 は、工具と部品の間に摺動面を必要とする用途に 適しています。 金属を使用しなければならないアプリケーションは 常に存在します。しかし、治具、固定具、組み立 て補助具の多くは、間違いなくFDM熱可塑性樹 脂で造形できます。

10 製造現場で活躍する 3Dプリンタ製の治工具 つぎの一歩を踏み出す まだ見たことがなくても、AM治工具、製造補 助器具を使用して製造現場のオペレーションを改 善する機会はたくさんあります。ストラタシスの 販売・サポートチームは、日常的に工場フロアの ウォークスルーを行い、お客さまが AM治工具 が役立つ領域を特定できるよう支援しています。 必然的に機会が見つかります。そして、作業をよ り効率的に、より安全に、より低コストで、ある いはそのすべてを実現するアイデアが、わずか 1日で、CADモデルから実用的な治工具になる のです。 3Dプリンタの造形は試作や生産部品などさまざ まな用途に使用できますが、治具や固定具は、 製造作業を改善するための低空飛行の果実です。 この機会を逃す手はありません。 AM治工具の製作をサポートするために利用でき る材料と 3Dプリンタの詳細については、ストラ タシスの治具と固定具のウェブページをご覧くだ さい。 このソリューションガイド以外にご質問がありまし たら、当社のアプリケーションエンジニアにご相 談ください。 ソリューションガイド

ストラタシスのコンサルティングと DFPパーツ造形サービス 3Dプリンタを市場に提供して 30年以上のパイオニア企業「ストラタシス」が、知識 豊富なアプリケーションエンジニアとともにお客さまの用途に応じて最適なご提案をい たします。 3Dプリンティングのエキスパートが丁寧にコンサルティング ご用意いただいた3Dデータをストラタシスのエンジニアが拝見 し、お客さまのご要望に沿った仕様にてご満足いただけるか確認 させていただきます（肉厚チェック、エラーチェックなど）。そのう えで実際の使用用途などを確認させていただき、最適な造形方 法をご提案します。 モデルの完成度を高めるために、後処理の工程も必要な場合 があります。お客さまのニーズを理解しながら、最適なソリュー ションをご案内します。 「超短納期大型部品製造」に対応！ ストラタシスは「3Dプリンタ造形サービスネットワーク」*を活用 し、他のビジネスパートナーが所有するストラタシスの3Dプリン タも活用して短期の造形リクエストに対応可能です。 ※2023年3月現在：ストラタシスを含め5社でネットワークを組んでいます。 本サービスネットワークを活用すると、最大の造形サイズ 914 x 609 x 914 mmを誇るFDM方式のF900を最大11 台同時稼働 させることが可能です。 大型モデルを量産グレードの樹脂材料で造形することができま す。従来の部品製造プロセスでは実現できない「いますぐ」の ニーズにお応えします。 最新の材料、3Dプリンタを用いて課題解決！ 「DFPパーツ造形サービス」では、3Dプリンタを導入せずにほぼ すべてのストラタシス材料、3Dプリンタが使用可能です。 「社内で導入済の3Dプリンタでは要求通りの仕様のものが作れ ない。ストラタシスの製品導入を検討しているが、実際の生産工 程で使用できるようなものかを定期的に使用して確かめたい。」 「ハイエンド3Dプリンタを導入するまでの造形頻度はないが、 スーパーエンプラ、ゴムライク、フルカラーなどはサービスとして 活用したい。」

12 株式会社 ストラタシス・ジャパン 東京本社 / ショールーム 大阪支店 / ショールーム 〒 104-0033 〒 540-6319 東京都中央区新川 1-16-3 大阪府大阪市中央区城見 1-3-7 住友不動産茅場町ビル 3F 松下 IMPビル 19F TEL. 03-5542-0042 TEL. 06-6943-7090 FAX. 03-5566-6360 FAX. 06-6943-7091 www.stratasys.co.jp ISO 9001:2015認証取得済 © 2022 Stratasys. 無断転載を禁じます。Stratasys、Stratasys Signetロゴ、FDMは、Stratasys Inc.の登録商標です。Antero、Diran 410MF07、FDM Nylon 12CFは、Stratasys, Inc.の商標です。9085、1010および ULTEM ™は、SABIC、その関連会社または子会社の商標です。 その他の商標はすべて各所有者の財産であり、ストラタシスはこれらのストラタシス以外の製品の選択、性能、使用に関して一切の責任を負わない ものとします。製品の仕様は予告なく変更されることがあります。SG_FDM_Factory Floor_A4_0722a_0323_JP ソリューションガイド