アディティブ・マニュファクチャリングとサブトラクティブ・マニュファクチャリングの違い

ある意味、アディティブ・マニュファクチャリングとサブトラクティブ・マニュファクチャリングの違いを論じることは、CNCマシニングと3Dプリンティングの違いを論じることに等しい。

アディティブ・マニュファクチャリングとサブトラクティブ・マニュファクチャリングとは？

人間の製造方法は現在までに、等質的製造、減法的製造、加法的製造という3つの大きな変化を遂げてきた。

均質材料製造とは、鋳造、鍛造、溶接などの方法で製品を製造することで、材料の重量は比較的変化しない（製品＋不純物）。

サブトラクティブ・マニュファクチャリング（CNC）とは、以下のような装置の使用を指す。 旋盤, ミルズ鉋（かんな）、グラインダーなどを使って材料を削り、目的の形状に仕上げる。このやり方は、産業革命以来300年以上続いている。サブトラクティブ・マニュファクチャリングの具体的なプロセスについては、"サブトラクティブ・マニュファクチャリング "を読むことをお勧めする。CNC加工とは.”

アディティブ・マニュファクチャリング（一般に3Dプリンティングと呼ばれる）とは、光重合、選択的レーザー焼結、溶融積層造形などの技術を使い、材料を少しずつ追加して目的の形状を形成することを指す。この手法は、1980年代から30年以上の歴史しかない。アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）についての理解を深めるには、「アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）」を読むことをお勧めする。3Dプリンティング.”

歴史を振り返れば、等質的製造と減法的製造の両方が人類の発展に大きく貢献し、人類社会の産業飛躍を直接的に後押ししてきた。3Dプリンターも近い将来、人々にさらなる革新と利便性をもたらすと考えられている。

アディティブ・マニュファクチャリングとサブトラクティブ・マニュファクチャリングの利点と欠点

それぞれの製造方法の登場は、製造業における革命を象徴しているが、それぞれの長所と短所は、それぞれの技術の発展を推進するものであると同時に、制約するものでもある。以下では、それぞれの技術の長所と短所を分析してみたい。

イクイマテリアル・マニュファクチャリング

メリット 比較的成熟した、カスタマイズ可能な生産

デメリット 低効率、高コスト、大量生産に不向き

減法的製造：

メリット 大規模な大量生産が可能で、効率が高く、非常に高い精度を達成することができる。

デメリット パーソナライズされたカスタマイズのコストが高い。

積層造形（現段階）：

メリット 個別カスタマイズが可能、製品開発サイクルが短い、低コスト

デメリット 大量生産にはコストが高く、素材の選択肢が比較的限られている。

サブトラクティブ製造とアディティブ製造の長所と短所

前述のように、サブトラクティブ製造技術の主な利点の1つは、高い寸法精度を提供できることである。熱に依存するほとんどの3Dプリンティングプロセスと異なり、サブトラクティブ製造では室温でパーツを造形できるため、材料加工に伴う寸法精度の問題を回避できる(縮み).

サブトラクティブ・マニュファクチャリングで寸法精度を確保するためには、環境管理が必要である。例えば、部品の設計に鉄のブロックを使用する場合、少なくとも3日前には材料を切断する部屋に持ち込まなければならない。

サブトラクティブ工法は、3Dプリンティングと比較して、適合する材料の幅が広いという利点もある。異なる材料に基づく複数のプリンターが必要な3Dプリンティングとは異なり、サブトラクティブ製造では金属、プラスチック、木製の部品を同じ機械で作ることができる。

サブトラクティブ・マニュファクチャリングの課題と限界

しかし、減法的製造プロセスには大きな欠点がある。第一に、3Dプリンティングと比較すると、異なる製造方法ではかなりの量の廃棄物が残る。一方、積層造形は必要な量の材料だけを使用するので魅力的だ。

例えば、機械加工では、切削工程に支障をきたす可能性のある余分な材料の量を制限するために、製造工程から切屑やその他の破片を除去しなければならない。サブトラクティブ・マニュファクチャリングで発生する粉塵に加え、レーザー加工やEDM加工でよく見られるように、加工工程で発生する煙も作業者に害を及ぼす可能性がある。

さらに、サブトラクティブ・マニュファクチャリングでは、3Dプリンティングのような製造の自由度は得られない。一度にプリントできる部品でも、複数の作業や異なる機械の使用が必要になり、サブトラクティブ・マニュファクチャリングで複製するために複数の部品に分割して組み立てなければならないこともある。

最後に、材料除去プロセスによって複雑な幾何学的形状を実現することはより困難である。アディティブ・マニュファクチャリングでは、設計プロセスの自由度を高めることができる。つまり、設計者は使用する工作機械による制限を気にする必要がないため、製造能力に制限されることなく、想像力を自由に働かせることができる。

サブトラクティブ・マニュファクチャリングとアディティブ・マニュファクチャリングがどのように補完しあうか

この2つの技術がしばしば競合相手だと思われているとしても、当面は用途がまったく異なる。そのため、両者は主に補完的に使用されている。3Dプリンティングは、その力強い成長が始まって以来、プロトタイピングの目的で最も一般的に使用されている。

その利点から、3D技術では複数のパーツを迅速かつ低コストで製造できるため、さまざまな反復の可能性がある。形状、材料、部品が決まれば、サブトラクティブ製造法を用いてバッチ生産を行うことができる。

レーザー切断やウォータージェット切断などの加工では、短時間で多数の部品を設計することができる。しかし、CNC機械加工のような他の方法では、非常に時間がかかります。この手法では、かなりのプログラミング手順が必要で、ほとんど人間が立ち会う必要がある。今日、CNCマシニングは主に射出成形金型の製造に使用されており、これは造形的な製造技術である。

製造業の進歩：サブトラクティブ・マニュファクチャリングとアディティブ・マニュファクチャリングのコラボレーション

さらに、サブトラクティブ工法では物体の修理が可能だが、3Dプリンティングはこの分野でより多くの可能性を提供する。例えば、DED（Directed Energy Deposition）プロセスで、金属部品を交換せずに修理することができる。

具体的には、この技術は既存の部品に材料を追加することができるため、部品を製造したり、不必要に大きな部品を交換したりする必要がない。世界的には、3D技術により、経年劣化や故障した部品の複製が可能になり、そのすべてがオンデマンドで小ロット生産される。ユーザーはそれらを廃棄する必要はなく、部品を修理し、環境への影響を最小限に抑えることができる。

工程の違いこそあれ、減法的製造と加法的製造は並行して進歩する傾向にある。それぞれの特性により、この2種類の製造は互いに補完し合い、以前は想像もつかなかったような精密部品を素早く作り出すことができる。

これらの製造技術を組み合わせるために、FirstMoldのような、積層造形の設計の自由度とサブトラクティブ造形の精度を企業に提供することを目的とした共同プロジェクトがいくつか生まれている。

アディティブ・マニュファクチャリングはサブトラクティブ・マニュファクチャリングに取って代わるか？

ファーストモールドが出した答えは、「少なくとも今のところ、それはできない」というものだった。

現段階で3Dプリンターがサブトラクティブ・マニュファクチャリングに取って代わることができないと言われるのはなぜか。それは主に次の2つの側面から分析できると思う。

現在の需要は？

現在の需要を分析する前に、まず、なぜ減法製造業がほとんどのイコーマテリアル製造業に取って代わることができたのかを分析してみよう。

人間社会は一定の発展レベルに達し、基本的な生存欲求は満たされた。その後に続くのは、より多くの物質的な商品の必要性である。大航海がもたらしたグローバリゼーションと相まって、伝統的な小規模工房型の生産方法では、地域社会の物質的ニーズの大きなギャップを満たすことができなくなった。より効率的に、より良い品質で製品を生産するために、減法生産、つまり大量生産方式が登場した。

今見ても同じ状況だ。基本的な素材のニーズを満たすことはすでに難しくなっており、パーソナライズされたカスタマイズについて考えを持つ人が増え始めている。従来の減法的な製造方法のままでは、どうしてもコストが高くなってしまう。だから、これはアディティブ・マニュファクチャリングのチャンスなのだ。

しかし現段階では、パーソナライズされた商品に対する大きな需要があるほどには発展しておらず、国民の多くは精神的な欲求よりも費用対効果を追求しているのが現状だ。

熟達するには時間がかかるし、現在のところ、3Dプリント技術は大規模なパーソナライズされたカスタマイズを実現するには程遠い。

能力不足

アディティブ・マニュファクチャリングは、サブトラクティブ・マニュファクチャリングと比較すると、時間がかかり、材料の選択肢が限られ、高価である。

現在の3Dプリント機器のスピードが遅いことは否定できない。完成品の製造に時間がかかりすぎ、需要が供給を上回っている。

カップを印刷するのに2～3時間かかり、印刷する頃にはすでに喉が渇いている。

1秒で車を、10分で家を印刷できるようになったら？それこそが革命的な技術であるべきだ。

さらに材料に関しても、現在実現可能な印刷材料は限られている。最も一般的なプラスチック以外にも、ナイロン、樹脂、石膏パウダー、金属パウダーなどがあり、1つの装置では基本的に毎回1種類の材料しか印刷できない。

複合材料で製品を印刷しようとする場合、後組み立てやその他の作業が必要になるかもしれない。

前述したように、現在の人々の欲求を精神的なニーズと費用対効果という観点から分析すると、大多数は費用対効果を選択する。そのため、3Dプリンターによる製品の価格が市場に広く受け入れられることは難しい。

実際、現段階では、アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）とサブトラクティブ・マニュファクチャリング（減法積層造形）は非常に相性がよく、両技術を使いこなすには現状では最善の方法である。

最後の言葉

イコマテリアル・マニュファクチャリングであれ、サブトラクティブ・マニュファクチャリングであれ、アディティブ・マニュファクチャリングであれ、一方が他方に取って代わるという現象は実はない。様々な技術が共存し、それらを必要とする産業が必ず存在することが最良の結果なのです。ファーストモールドが提供するもの CNC加工サービス と3Dプリンティング・サービスの両業界で長年経験を積んできた。そのため、この点で一定の影響力を持っている。

おそらく、私たちが待ち望んでいるのは、将来出現するかもしれないいわゆる「ハイブリッド製造業」なのだろう。