今日、私たちは常にインターネットに接続しています。スマートフォン、自動車、冷蔵庫、その他多くのデバイスを通じて、地球規模でのリアルタイム接続の背後には、どれほど複雑で高度なテクノロジーとイノベーションがあるかを忘れがちです。

この業界における世界的な主要プレーヤーの一つであるRosenbergerグループは、このような接続を可能にするメーカーの一つです。1958年以来、同社は世界的な通信ネットワークを推進する上で不可欠な、高周波接続、光ファイバー、高電圧接続ソリューションを製造してきました。

常に変化する業界（そしてその変化の主要な推進力の一つであること）で成功を維持するためには、Rosenbergerは他のメーカーからの新しい技術に常に注目する必要があります。その中には3Dプリンティングも含まれます。同社は何年もの間、アディティブマニュファクチャリング技術をワークフローに組み込んでおり、2017年以来Formlabsと協力してきました。

現在、機器設計者のManuel Kaspreiterは、同社のFormlabs 3Dプリンタの管理を担当しています。これには、Formシリーズの7台のステレオリソグラフィー（SLA）3Dプリンタと、Fuseシリーズの3台の選択的レーザー焼結（SLS）3Dプリンタが含まれます。Kaspreiterは、Rosenbergerが設計の初期段階での反復から最終用途の生産、製造補助具に至るまで、生産プロセスのあらゆる段階でSLAおよびSLSテクノロジーをどのように使用しているかについて私たちに語ってくれました。

初期の懐疑論を乗り越える

Rosenbergerでは、Form 3+ 3Dプリンタが、工具、プロトタイプ、交換部品、製造補助具の製造のためにほぼ常時使用されています。

現在、3Dプリンティング技術はRosenberger内の多くの部門や機能で広く受け入れられ、使用されていますが、初期の頃、Kapsreiterはこの技術を導入する際に従業員の懐疑心を克服する必要がありました。ほとんどの従業員は、Fused Deposition Modeling（FDM）3Dプリンティング技術にしか馴染みがなく、この技術は精度が低く、表面が粗く、印刷方向によって機械的特性が異なる（異方性がある）と考えていました。

従業員の受け入れを得るために、Kapsreiterは、スムーズな表面と機械加工レベルの精密な公差を示すSLAで印刷された部品を提示することから始めました。

「多くの人は3DプリンティングをFDMプリンティングと関連付けており、それが彼らをこの技術にあまり開放的にさせませんでした。私たちはSLAとSLSがFDMと比較できないことを皆に理解させる必要がありました…高い表面品質の部品が必要な場合は、SLAは非常に良い選択肢です。適切な材料を選択し、PreFormで部品を正しく配置すれば、SLAで印刷された部品は射出成形された部品と同等の品質を提供できます。」

— Kapsreiter談

SLAおよびSLS 3Dプリンタの品質は、この技術の有効性を自ら証明するのに十分でした。現在、Rosenbergerの3Dプリンタは、プロトタイプ、工具、交換部品、製造または組み立て補助具の製造のために、社内のあらゆる部門からの要求に対応するために継続的に稼働しています。

「同僚や業界全体が、機械加工と比較して、3Dプリンティングを使用することでより迅速かつ柔軟に様々なソリューションを開発できることに気づき始めています。」

マヌエル・カプスライター
機器デザイナー、ローゼンバーガー

産業用生産ラインの交換部品と改善

Rosenbergerは、Fuse 1+ 30W SLS 3Dプリンタを2台使用して、工場機械の交換部品をオンデマンドで製造しています。以前は、これらの部品はフライス加工で製造されていましたが、現在ではSLS 3Dプリンティングを使用することで、最大80%も速く製造できます。

Rosenbergerの多様な製品を製造するには、多種多様な機械が必要です。これらの機械を継続的に稼働させるためのメンテナンスは、製造運用チームにとって課題です。当然ながら、交換部品は時間的に非常に重要です。いずれかの機械が停止すると、製造プロセスも停止し、生産ラインの停止時間が長くなるほど、会社の収益に悪影響を及ぼします。

これまでRosenbergerは、オンデマンドの交換部品製造をCNCフライス加工に全面的に依存してきました。しかし、材料科学が進歩し、3Dプリンタがより高速かつ効率的になるにつれて、この技術は、迅速な交換部品製造に3Dプリンティングを使用することが、より効率的で費用対効果の高いものになりました。

「フライス加工と比較して、3Dプリンティングを使用することで部品を80%速く製造でき、一晩で需要に対応できます。」

マヌエル・カプスライター
機器デザイナー、ローゼンバーガー

カスタマイズされた製造補助具で生産性を向上

従業員が社内の3Dプリンティングの可能性に慣れ、理解を深めるにつれて、Form 3シリーズとFuseシリーズのプリンターは、部品が破損した場合にのみ使用されるわけではありません。

最近、生産部門の従業員は、工業用洗浄機を水が十分に流れていないことに気づき、工具製作チームに相談して解決策を設計しました。SLA 3DプリンティングとFormlabsの多様な材料ライブラリを組み合わせることで、チームは設計を迅速に反復およびテストし、洗浄機内の開口部の角度を微調整して、球状の部品を介して水がより効率的に案内されるようにしました。

この部品が設置されると、洗浄機はすぐに効率が向上し、エネルギー消費と水の使用量の削減にも貢献しました。

部品の設計、改良、テストが完了すると、Kapsreiterは生産段階に入り、会社のすべての工業用洗浄機用にこの部品を印刷しました。これにより、コスト削減と工場全体の生産効率の最大化が実現しました。

この部品は複雑な幾何学的形状をしており、使用量が比較的少ない（わずか40個しか必要とされない）ため、射出成形には適していません。また、旋盤加工やフライス加工で製造するのも困難です。したがって、オンデマンド3Dプリンティングは、将来にわたってこの部品を製造する上で最適な方法です。

「このボールは内部が中空で、あらゆる方向にあらゆる角度で開口部があります。これは他の方法では製造できない形状です。3Dプリンティングがなければ、製造にはより時間がかかり、より複雑になり、結果もこれほど良くはならなかったでしょう。」

マヌエル・カプスライター
機器デザイナー、ローゼンバーガー

このように、工場現場で働く技術者からのフィードバックに基づいた小さな改善が、会社の運営と生産効率に大きな違いをもたらすことがよくあります。

積層造形技術がなければ、設計者は複雑な鋳造プロセスを採用するか、複数の部品をフライス加工で製造してから次の段階で組み立てる必要があり、これは時間と労力を要するプロセスでした。

現在、チームはこれらの高コストなステップをスキップできます。Form 3+ プリンタにより、生産はより迅速かつ費用対効果が高くなり、透明な球体を一度に1つの部品として印刷できるため、手作業のステップが削減されます。

チームは、最終的な穴あけ加工にのみCNCフライス加工を使用していますが、Clear Resinは高い靭性、剛性、強度特性を持っているため、これは問題なく実行できます。

フライス加工、鋳造、旋盤加工プロセスの使用を減らすことで、Rosenbergerは生産コストと時間の削減だけでなく、従来の機械の利用効率も向上させています。

Kapsreiterは、3Dプリンティングに移行するすべてのプロセスが、「高価な機械の生産能力を節約し、3Dプリンティングに適さない特殊な作業に利用できるようになり、既存の機械を最大限に活用できるようになる」と説明しています。

Rosenbergerの工具製造部門は、Form 3+ プリンタを使用して、従来の方法では製造が困難で高コストであった、Clear Resinで製造されたウォッシュボールなどの複雑な幾何学的形状の部品を印刷しています。

「ウォッシュボールのアイデアを提案した生産部門の従業員は、結果に非常に満足していました。彼は、3Dプリンティングで製造された部品を使用して様々な作業を改善できる可能性を見出したため、すでに他のいくつかのプロジェクトを開始しています。」
— マヌエル・カプスライター

このような革新的なアイデアは、Rosenbergerの積層造形専門家チームが組織全体で推進しようと努めているものです。

3Dプリンティングに関する知識を広めることで、従業員は自身のワークフローにおける非効率性を認識し、解決策を提案できるようになります。これにより、同社はリソースを節約し、廃棄物を削減し、すべての部門で生産性を継続的に向上させることができます。

費用対効果の高い3Dプリンティングで生産性を向上（Throughput）

Fuse 1+ 30Wの大きなビルドボリュームと高いスループットにより、Rosenbergerは、洗浄ラインで使用するためのNylon 12 Powderで印刷されたクリップなど、SLS部品を低コストで大量生産できます。

SLAとSLSの両方の3Dプリンティングは、製造補助具の生産に大きな利点をもたらしますが、SLS 3Dプリンティングは、大量の部品を生産する必要がある場合に特に優れています。

ある洗浄プロセスで、Rosenbergerの従業員は、洗浄システムが一度に少量しか洗浄できないことに気づきました。実際には、一度にもっと多くの量を洗浄するのに十分な容量がありました。そこで彼は、ステンレス鋼のプレートに置かれた多数のワークピースを一度に超音波浴に浸すことができるキャリアシステムを設計しました。

Kapsreiterのチームは、このステンレス鋼のプレートを固定するために、Nylon 12 Powderで8,500個のクリップを設計し、印刷しました。

「私たちのFuse 1+ 30Wは5週間連続で稼働していました」とKapsreiterは言います。

高いスループットのSLS 3Dプリンティングにより、チームはプロセス全体の効率を大幅に向上させることができました。

特にFuse Siftと組み合わせて使用​​すると、Fuse 1+ 30Wは、少ない労働力と低い部品単価で大量生産をサポートできます。

Fuse 1+ 30Wの7.5リットルのビルドチャンバーは、複数の部品を同時に印刷するために収容できます。SLS印刷はサポート構造を必要としないため、材料を節約し、手作業による後処理のステップを削減できます。

Rosenbergerの工具製造部門は、Fuse Siftを使用して、焼結されていない粉末を印刷された部品から分離しています。粉末材料の約60%は再利用できます。

最近、チームは自動サンドブラストシステムも導入しました。これは、Formlabsの新しいFuse Blastと同様に機能します。このシステムは、閉じたプロセス内で多数の部品を自動的に洗浄でき、大量の部品の生産をさらに加速させます。

イノベーションの加速

3Dプリンティング技術を導入する前、Rosenbergerはプロトタイプや生産部品の製造を射出成形プロセスに頼っていました。これは、高コストで長い待ち時間が必要だったため、従業員は新しいアイデアを試すことに躊躇し、通常、複数の反復や少量のテスト部品の要求を避けていました。

工具製造部門が3Dプリンティングの能力を高めたことで、あらゆるチームの従業員が、潜在的なコストを心配することなく、自分のアイデアを実際の部品に変えることができるようになりました。

FormシリーズとFuseシリーズの3Dプリンタは、あらゆる用途に対応するモデルとテスト部品を迅速かつ費用対効果の高い方法で製造でき、顧客は開発のあらゆる段階でプロジェクトを追跡および検証できます。

「以前は、サンプル生産のための工具は、射出成形プロセスで少量の部品を生産するために作られていました。3Dプリンティングのおかげで、高価な金属型を作る必要がなくなり、プロトタイプ作成のコストが大幅に削減されました。素晴らしいのは、現在、3Dプリンティングでサンプル部品を生産できることで、以前はまったく生産されなかったかもしれません。これにより、コンピュータ画面上だけでなく、実際の部品として顧客に開発の進捗状況を示すことができます。CADで設計を見てシミュレーションすることもできますが、実際に部品を手に取り、現場で試用することで、まったく異なる感覚が得られます。」

Kapsreiterは説明します。

「3Dプリンティングの最も重要な利点は、アクセスしやすいことです。実際の部品を迅速かつ低コストで手に入れられる能力は、新しいアイデアを試す際の障壁を大幅に下げます。コストが低いので、間違いを犯し、そこから学び、次の試行で改善することができます。これが3Dプリンティングの重要な強みです。」

マヌエル・カプスライター
機器デザイナー、ローゼンバーガー

適切な技術と材料の選択

Rosenbergerの工具製造部門の特別な課題は、常にユニークな部品を短期間で製造しなければならないことです。

複雑なワークフローや印刷の失敗は、作業の遅延につながるため、直感的なインターフェースとシンプルなワークフローが不可欠です。

チームは、常に一貫した品質の部品を製造できるとプリンターを信頼できる必要があり、常に調整やワークフローの変更を行う必要はありません。

「私たちにとって常に重要だったのは、印刷された部品が寸法精度、強度、良好な機械的特性、信頼性を持っていることです…Form 3は非常に信頼性の高いマシンであり、他のシステムと比較することはできません。私たちは非常に多様な部品を生産しており、同じものを印刷することはほとんどないので、各印刷の準備にかかる時間が最小限であることが重要です。これが私たちがFormlabsのシステムを選んだ重要な理由です。」

マヌエル・カプスライター
機器デザイナー、ローゼンバーガー

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Rosenbergerの工具製造部門は、組織内の複数の部門を横断的にサポートしているため、チームは部品を迅速に製造できるだけでなく、それぞれ異なる要件を持つ様々な用途に対応できる必要があります。

製造された部品はRosenbergerの生産プロセスで実際に使用されるため、印刷品質、精度、材料特性に対する期待は高いです。

このため、チームの業務には多様な材料の選択肢が不可欠です。

Kapsreiterは、Formlabsの3Dプリンタを選択した重要な理由の一つは、

「非常に多様な材料が利用可能であり、これにより様々な用途に対応できることです。」

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Rosenbergerは、必要な生産量と部品が持つべき材料特性に基づいて、SLAまたはSLSシステムを選択しています。

チームは、滑らかで詳細な表面を持つ部品が必要な場合に、主にForm 3+を使用します。

大型部品、大量生産が必要な作業、または射出成形に近い特性が必要な部品の場合、チームは、大きな印刷スペースと費用対効果の高い熱可塑性材料を使用できるFuse 1+ 30Wを選択します。

Rosenbergerの工具製造チームが最も頻繁に使用する材料は次のとおりです。

• Tough 2000 Resin
  ABSに似た特性を持ち、強度と耐衝撃性に優れているため、ラッチングラグや取り付けブラケットを備えたハウジングプロトタイプに適しています。

• Rigid 4000 Resin
  高い強度と剛性があるため、組み立てにおけるトグルプレスのパンチに適しています。

• Rigid 10K Resin
  非常に高い強度、剛性、耐熱性があるため、摺動プレートなどの摩耗に耐える部品に適しています。

• Grey Resin
  プロトタイプ製造に費用対効果が高いため使用されます。

• Flexible 80A Resin
  柔軟性があるため、プラグ、ハウジング、工具の防水シール、およびロボットグリッピングユニットに適しています。

• ESD Resin
  濃い黒色であるため、部品のプレゼンテーションやデモンストレーションに適しています。

• High Temp Resin
  高い耐熱性があるため、はんだ付け装置で使用される器具に適しています。

• Clear Resin
  透明であるため、ウォッシュボールや透明なカバーに適しています。

Nylon 12 Powder
低コストであり、Fuse 1+ 30Wの広い造形エリアを最大限に活用できるため、大型部品や多数の小型部品の生産に適しています。

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材料の多様性、プリント品質、機械の信頼性、使いやすさに加え、初期投資コスト（Upfront Cost）が高くないことも、RosenbergerがFormlabsのエコシステムを採用する重要な要因でした。

「Formlabsのプリンターは非常に手頃な価格で購入できます。これは競合他社には真似できない大きな利点です。」

マヌエル・カプスライター
Rosenberger、設備設計者

ローゼンバーガーにおける3Dプリントの継続的な拡大 – フリドルフから世界へ

ワークショップの管理と従業員からの多数の要求の調整により、チームは新しいワークフローを構築する必要がありました。

チームが独自に開発したチケッティングシステムを使用することで、ローゼンバーガーの工具部門は、社内のあらゆる部門からの3Dプリント製造要求を受け付けることができます。

プリントと後処理が完了すると、部品はユーザーに届けられ、場合によってはアジアの遠隔地の支社にも送られます。

カプスライターが推進した3Dプリントプロジェクトが具体的な成果を上げた後、社内の他の部門も関心を示し始めました。

「わずか1年以内に、アウクスブルクのオフィスは1台のプリンターを購入し、数ヶ月後には2台目を購入しました。これはフリドルフから始まったサクセスストーリーと言えるでしょう。もちろん、他の支社もその利点に気づき、このアプローチを採用し始めました。」

マヌエル・カプスライター
Rosenberger、設備設計者

Rosenbergerで6年間にわたり3Dプリントを継続的に使用し、常に肯定的な経験を積んできたカプスライターは、あらゆる産業企業に対し、彼自身も当初抱いていた、積層造形技術（アディティブ・マニュファクチャリング）に対する従来の見方や信念を再検討するよう勧めています。

多様な応用能力、低い製造コスト、迅速な製造時間により、3Dプリントは産業工場にとって価値があり、能力を強化する技術となっています。

「3Dプリントは、新しい可能性と新しい強みをもたらす単なるツールの一つです。そして、ほとんどの企業にとって、これは適切な開発方法です。この技術を見過ごすべきではありませんが、ご自身の仕事に適した形で活用すべきです。多くの人にとって、どれほどの部品がプリント可能で、どれほどの時間を節約できるかを認識したとき、それは世界を開くようなものになるでしょう。」

とカプスライターは述べています。

現在、Rosenbergerの工具製造チームは、3Dプリントによる部品製造の注文を継続的に受けています。製造部門と組立部門の従業員は、自分たちのプロセス最適化のアイデアを3Dプリント技術で実現したいと考える人が増えています。

マヌエル・カプスライターにとって、Rosenbergerでの3Dプリントは、組織内の積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）能力をさらに高めることを目標に、彼が継続するサクセスストーリーです。

「なぜなら、利用の需要は増え続けているからです。」

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参照元

https://formlabs.com/global/blog/rosenberger-3d-printed-tooling-and-end-use-parts/