X400 PRO V3｜３Dプリンター事業業｜RMデザイン株式会社

X400にて造形された自動車のドアパネル

カーデザイナーThomas Pazulla氏はプロトタイピングプロセスをレーザー焼結（Laser-sintering）からPLAを使用した３D造形に変更

カーデザイン事務所であるThomas pazulla technicak servicesでは、現在試作模型はGerman RepRap社製X400３Dプリンターで制作されております。 下記実寸大ドアパネルのような大きなパーツ（長さ100mm以上）は、小さなバッチごとに造形され、造形完了後に各々は接着され、表面の滑らかさを出す為に砂で磨きをかけられます。試作模型の作成手法を、レーザー焼結（Laser-sintering）から3Dプリンティングの手法の一つであるFused Filament Fabrication（FFF）に変更した理由は、コスト削減だけでは無かったとのことです。

Pazulla氏曰く、３Dプリンターを使用するようになったその他の理由としては、 ”３Dプリンターで造形した試作模型は、レーザー焼結のものと比べ強固である” ”３Dプリンターで試作模型を造形する前は、フックが付いたパーツを造形する際にフックが折れてしまうことがあった” が挙げられるとのことです。

Pazulla氏は３DプリンティングをPLA（バイオプラスチックの一種）を用いて行います。 PLAは３Dプリンターの材料としては最も一般的なものです。 ３Dプリンターの材料としても良く知られているABSと比較すると、PLAは温度変化によるゆがみや反りが起こりにくく、この為X400のようなRepRap型３Dプリンターに適した材料であると言えます。尚、融点が低い為、造形時に発生するエネルギーの消費を抑えられるという利点もあります。 弾性係数は約4,000MPaとなっております。

デザインエンジニアの一人は、 ”X400はとても精密な装置で、試作模型を作る際に200mmごとに100分の4mmから5mmの偏差で収まっています。この値は十分すぎる物です” と話してくれました。

Pazulla氏は３Dプリンターを使い始めた当初は１台のX400しか所有しておりませんでした。しかしながら、現在は小さなX400パークが出来る程のX400を所有し、沢山の客先からの注文を受けております。

最後にPazulla氏曰く、 ”私のお客様は、レーザー焼結にて作成した試作モデルから、PLAを用いた３Dプリンターモデルに切り替わってきております”

Lindner Groupは、X400を用いての試作模型作製から小規模生産への移行に進む

ドイツのバイエルン州Arnstorfに本拠を構えるLindner Groupは、インテリアデザイン、ファサード、断熱技術の分野にてヨーロッパ有数の企業として知られております。 従業員数は約6,000人であり、CADデパートメントの一員としてBenjamin Kapfinger氏と、Hermann Straubinger氏は在籍しております。 過去数年に渡り、３Dプリンティングに関わる複数の興味深い事案があったそうです。

試作模型はしばしば作成されており、例えば、ケーブルブッシュの押出異形材試作模型が挙げられます。過去には実際に素材を切断して作成されておりました。 Benjamin Kapfinger氏曰く、 ”機能的な試作模型を作成するだけで、800ユーロ～1,000ユーロの費用がかかっていました” とのことでした。 この費用を安くし、納期を短縮する為に彼らは３Dプリンターの導入をしたかったとのことです。

広範囲に渡る市場調査の末、Lindner Groupとして、German RepRap社製のX400３Dプリンターの購入を決めたそうです。 最も重要な判定基準の一つは、設置スペースとお手頃な価格の組み合わせという意味合いの、システムバランスだったとのことです。 Kapfinger氏の同僚であるHermann Straubinger氏曰く、 ”私達の新しいサービスがどのように市場に受け入れられるかが不明であった為、予算を慎重に使いたかった” とのことです。 また、”価格に付け加え、私達を納得させたもう一つの理由は、German RepRap社の技術的知識とサポート体制の素晴らしさでした”とも言及されております。

Benjamin Kapfinger氏と、Hermann Straubinger氏は、３Dプリンターにて様々な試作品を作成してきました。 30cm×20cm程のロゼッタ付の天井板の実演もモデルを手に詳細を説明しながら、Benjamin Kapfinger氏は、 ”これに関しては既に顧客に提出済みであり、オリジナルは熱成型後に金メッキを施しております。次のサンプルは台板に斜めに伸びたチューブが付いている物です。このサンプルからCAD図面がどのような 物なのかは想像が付きますが、実際に手で触ることは出来ません。デザイン過程のドアシールでさえも３Dプリンターで造形する為のデザインや設計が出来ます。また、1：25スケールの屋根の構造モデルでさえも既に３Dプリンターで造形した実績があります。”

”残念な結果に終わったことは今までありません。３Dプリンターは24時間動いていることもあり、問題無く造形物を作り出しております。 寸法精度は確かな物であり、0.25mmの厚みの造形物の寸法精度は99％満足のいく物であります”とは、Hermann Straubinger氏の言葉であります。 ”最も重要なことは、X軸とY軸の精度であり、層のずれが無いことがこの３Dプリンターを卓越した物としております。 専門の部署からアフターサービスを世界中で受けることが出来、最近の３Dプリンティングの流行も併せて確認することも出来ます。 そんな中で、私達は1,000個までの小規模生産に踏み出そうと考えております。”

Popp Groupは３Dプリンターを用いて蝶番の完成品を作成

ドイツのFrochheimに本拠を構えるPopp Groupは、医療技術部門がコスト削減の一環として行っている医療用キャビネットの製造費用を削減する為の手助けとして、３Dプリンターにてドアの蝶番を製造しました。”私達の使命は、様々な同一のパーツが使用出来る調整可能な蝶番を作成し、製造コストを下げることでした”、とPopp GroupのテクニカルプロダクトデザイナーであるHolger Ried氏は説明してくれました。 ”開発段階にて多大な費用を削減することができました。”Popp Groupは、家具の製造からビジネスをスタートしてきた為、家具部品の製造において沢山の経験を持っております。

最終形のデザインが出来上がるまで、様々な手書きのデザインが作成され、指示書の概要が作成されます。 その後に、PLAで３D造形を行う準備の為に、設計図面をSolidworksにて作成します。Popp Groupでは常にテスト用や顧客用、そしてディスプレイモデルとしても使用可能なように、いくつかの機能モデルを一度に作成します。 今まで使用してきた３Dプリンターでの工程と比較し、German RepRap社製X400ではこの工程がかなり簡単に行えるようになったとのことです。 40×40cmの造形エリアでは、いくつかの試作模型を一回の工程で造形することが可能だからです。 Holger Ried氏曰く、”３Dプリンティングと比較すると、レーザー焼結やCNC切削機での加工はとても費用がかかります。 私達は石膏での３Dプリンティングも行いましたが、プリンターのメンテナンス費用が高価であった為、断念しました。”

３Dプリンティングでは修正を素早く行うことが出来、新しいモデルを顧客に可能な限り最短にて手渡すことができます。 以前は顧客に試作模型を手渡すまで、しばしば１週間程度時間が必要であり、その後でしかデザインの変更を再度せねばならないことを発見できませんでした。 作成するモデルによりけりですが、現在では試作模型は長くて１週間、短いと８時間で作成できてしまうとのことです。顧客もまた短時間にて試作模型を手にすることが出来ることを喜んでいるとのことです。

”私は常に３Dプリンターの主唱者でありました” とRied氏は回想しております。 German RepRap社製X400は、その価格性能比からすぐに最善の解決策となりました。 少なくともここ６ヶ月間ほとんど休むことなくX400は試作模型を作り続けております。

Anita Dr. Helbig GmbH、は３Dプリンターを用いて人口乳房（エピテーゼ）用鋳型を作成することにより、50％のコスト削減に成功

特に研究開発の分野にて、３Dプリンティングの世界の新しい業界の動向として、一度は外注に廻っていたものが、社内にて行われるようになってきております。 銅着、水着、義乳房を製造する、Anita Dr. Helbig GmbHを例に取ってみましょう。彼らはGerman RepRap社製X400３Dプリンターを使って、人口乳房用鋳型を作成することにより、50％のコスト削減に成功しました。

テクニカルアナリストによる、624の企業を対象に行われた調査によると、Anita Dr. Helbig Gmbhは３Dプリンターの成長の中で早い内から３Dプリンターを積極的に使用した企業の一つということです。 ここで、商品開発は実際の製品である織物のみではなく、製品を形作る上で必要な器具も含まれます。

同社のジュニアディレクターはエピテーゼをと呼ばれる、シリコン製の装具を考えておりました。 Georg Weber-Unger junior氏によると、”金型を毎回毎回取り変えなくてはならず、100種類のそれぞれのサイズに対し、10種類の異なる器具が必要になります”。

X400３Dプリンターはエピテーゼ用器具の製造工程に革新をもたらしました。 以前は木製の型板を使って硝子繊維製の試作模型を作っていました。 これのアルミニウム製金型コピーを14日間かけ手作業にて作成し、シリコンを流し込んでいました。 ”両方が全く一緒の寸法になることはありません” と同社の業務執行取締役は回想しております。今日、金型はCADを用いて作成されており、即座に複写と造形がなされます。これを行う為に、オリジナルのアルミニウム製金型を３Dスキャンし、ソフトウェア上でスキャンイメージを繋ぎ合わせ、修正を行います。”Slicer”というソフトウェアにてCADデータを３Dプリンターに読み込みが出来るG-codeというフォーマットに書き換えます。 書き換え後のデータを３Dプリンターに転送した後、数時間にて造形物が作成されます。

Anita Dr. Helbig GmbhではPLA（polyactic acid）のみで造形物を作成しております。PLAは引張り強度の高いバイオプラスチックです。 PLAモデルは砂で鋳造され、鋳物工場にてその鋳造されて出来た金型は新しいアルミニウム製器具に変わります。 この方法であれば、フライス加工は必要ありません。 Weber-Unger氏によると、 ”この新しい手法により、開発費用が50％削減されました。”

ポリプロピレン（PP）を用いての造形 German RepRap社製 X400がHürner-Funken社にて稼働中

2016年1月、独国フェルトキルヘン　–ラピッドプロトタイピングと小規模生産– Hürner-Funken 社での3Dプリンターの運用は同社が活躍する産業部門ではとても特有な物であり、 開発部門の毎日の業務の中での3Dプリンターがもたらす利点を見る上でとてもいい例であります。 2013年からGermanRepRap社製X400　3Dプリンターはヘッセン州中央部に本拠を構える同社にて、 換気装置や送風機の小規模生産、動作性確認見本、試作品の作成に使用されております。

Hürner-Funken社は1928年に創業され、創業以来送風機や換気装置部品を製造し続けております。 同社の製品群はプラスチックで作られており、腐食性ガスの存在により腐食の可能性がある送風機、 パイプ、制御弁、流量計に使用できる為、主なアプリケーション領域には化学、セミコンダクター、 製薬、電気メッキ産業が含まれます。Hürner-Funken社は独国ヘッセン州ギーセン市に程近い Mücke-Atzenhainに本拠を構える企業で、95名の社員を抱えております。 大学の研究室向け等のエネルギー回収用集中換気システムが同社の主力製品であります。 これらのシステムの心臓部分は、集積回路システムに組み込まれている硬質プラスチックで作られた熱交換機であり、 排出された空気の中から熱または冷気をエネルギーとして取り出し、それらを外気からの空気に織り込み、 予熱または予備冷却を行います。アプリケーションにより異なりますが、フィルター、消音装置、バルブ等の部材も含まれます。 高効率インペラと高効率モーターが付いた自立式遠心送風機が、空気を運ぶのによく用いられます。 同社のR＆D部門の長である、Benjamin Wolf氏によると、“私共は長年3Dプリンターとラピッドプロトタイピング技術を使用してまいりましたが、 私共がこの技術を使用し始めた頃の光造形技術は、使用可能材料の制限が狭く、使えないものでありました。 最終製品とほぼ同じ材料で造形することが必要であった為です。” 大学との共同プロジェクトを行っているころ、Wolf氏は初めて３Dプリンターに出会いました。 そのプロジェクトの参加者は自分達の3Dプリンターにてプロトタイプの作成を行っておりました。 “それらはとても素晴らしい物だった”、とWolf氏は語ってくれました。

また、“学士論文として、私どもが必要とする3Dプリンターの評価を題材にした物を依頼し、その中の市場解析には、 使用可能素材、造形サイズ、様々な装置や加工方法の解説が記載されておりました”。この研究での勝者はGerman RepRap社製のX400であり、 Wlof氏の評価によると、“造形サイズが最も大きく、価格に対しての装置の性能が際立ったものでした。” Hürner-Funken社の開発者やデザイナーはX400を使い、時には実寸法よりも小さく、可能な限り実寸法にて、 試作を作成するとともに、自社内もしくは客先向けのテストサンプル用パーツや小規模生産品の作成を行います。 この際、Hürner-Funken 社の従業員はポリプロピレン（PP）を主要な材料として使用しておりますが、 これは３Dプリンターの材料としては新種の材料であると考えられております。 “1928年から私どもはほぼPVCとPPしか使用しておらず、その為これらの材料の使用に関しましては、 沢山のノウハウを持っております“、とWolf氏は言及しております。 “密閉構造のX400の使用はとても単純です。

3Dプリンターの材料として良く使われるPLAやABSは薬品耐性が無い為、PPにて造形することは私どもにとってとても重要なことであります。 PPを使用することで、事実上3Dプリンターで作成したパーツ試作と射出成型にて製造したパーツの物性が同一のものとなります。” Hürner-Funken社は現在、ある特殊なパーツを3Dプリンターのみにて製造しております。 これらは第一に４個～10個の小ロットのパーツ、続いて3Dプリンターの特性が生かされる中身が空洞の物や、 一部分のみ積層された物となります。“これにより材料の使用量の削減と製品重量の低減が可能となり、 ある特殊なアプリケーションでは不可欠なものとなります”、とWolf氏は語っております。 試作の分野では特に、自社内で完成させられることが重要となってまいります。 “以前は試作品製造会社から完成品が届くまで数週間待たねばなりませんでした”と、Wolf氏は説明してくれました。 “X400が来てからは、それを充分に活用することで、時には数日かかる物もありますが、試作の完成までが数時間に短縮されました。 自社内での試作品の完成はまた、製造業向けの試作業者の3D造形価格帯と比較すると、とても安価な物でもあります。 この為、不必要なコストを排除出来、尚且つ一般的ではない解決法にも問題無く挑戦できます”、とWolf氏は付け加えてくれました。 Wolf氏は称賛しております、“German RepRap社製X400は弊社の開発、製造において必要不可欠な要素となっております。 とても安定しており、信頼出来る装置であるとともに、弊社の製品と同じ材料にて迅速且つ安価にて試作品を作ることが出来ます。 試作品製造工程にかかる時間を数週間削減し、お客様各位にカスタムメードの解決策を提案することが出来ます。 私どもにとってGerman RepRap社製X4003Dプリンターは会社全体に利益をもたらしてくれております”。