3D印刷によるステンレス鋼の交換部品の台頭：旧式設備向けオンデマンド製造

3D印刷によるステンレス鋼の交換部品の台頭：旧式設備向けオンデマンド製造

何十年もの間、老朽化した設備に依存してきた製造業者は深刻なジレンマに直面してきました。重要なステンレス鋼製部品が破損したり摩耗した場合、代替品を見つけることができないことが多くあります。鋳造や鍛造といった従来の製造方法は遅く、費用が高く、少量生産には適していません。しかし今、世界中の工場や作業場で静かな革命が進行中です。 3Dプリントされたステンレス鋼製の交換部品 が老朽化した機械設備のメンテナンス方法を変えつつあり、レガシーシステムを維持運用するための、より迅速で安価かつ持続可能なソリューションを提供しています。

レガシー設備における問題

自動車、エネルギー、食品・飲料、製造業界などで広く使用されている「レガシー設備（数十年使用されているが業務に不可欠な機械類）」において、専用のポンプやバルブ、ブラケットが故障した場合、重大な影響を及ぼす可能性があります。

• 長期にわたる停止 ：長時間の非活動は、生産性の喪失により数千ユーロの損失をもたらす可能性があります。例えば、飲料業界ではボトリングラインの停止により、1時間あたり4,000ユーロから30,000ユーロの損失が生じることがあります。

• 陳腐化した部品 ：多くのコンポーネントはすでに生産されておらず、企業は市場をくまなく探したり、高額な費用をかけて特注品を製作せざるを得なくなっています。

• サプライチェーンの遅延 ：鋳造などの従来の製造方法では、納品までに8〜10週間かかることもあり、運用上の混乱が悪化します 7.

3Dプリントがレガシーパーツの課題を解決する方法

3Dプリント（付加製造）により、ステンレス鋼製の部品をデジタル設計データから必要に応じて直接製造することが可能です。この方法は従来のサプライチェーンを回避でき、かつてない柔軟性を提供します。主な利点は以下の通りです:

1. 速さ と 効率 :

   • 部品を数週間または数か月待つ代わりに、企業は今や代替品を数日または数時間で3Dプリントできるようになりました。例えば、HV3DWorksはバインダージェティング技術を使用して、1951年製アルファロメオの燃料ポンプをたった10週間（設計および仕上げ工程を含む）で複製しました。これにより、オリジナル部品を調達する際の不確定な遅延を回避することが可能となりました。

   • 別の事例では、カミンズのエンジニアが1952年製レーシングカー用のステンレス製ウォーターポンプを3日間で3Dプリントし、従来の鋳造に必要な10週間に対し、プロジェクト全体をわずか5週間で完了しました。

2. 費用 削減 :

   • 3Dプリントは金型、労力、材料廃棄を削減します。ドイツの製造業者ユング＆コは、レーザーパウダーベッド溶融（LPBF）技術を用いて、飲料設備用のタンク給油弁を再設計しました。新しい設計では、7つの個別部品を単一の3Dプリント部品に統合し、シールと組立工程を排除しました。生産期間は8～10週間からわずか1週間に短縮され、コストを大幅に削減しました。 7.

   • ヴィンテージカーのレストア用として、HV3DWorksは1921年式Kissel Gold Bug Speedster用のフードラッチを1セット225ドルで製造しました。これはカスタム切削加工する場合のコストの一部に過ぎません。

3. 設計の最適化と性能向上 :

   • 3D印刷により、エンジニアは改良された機能を持つ部品を再設計できます。例えば、Allegheny Electricはステンレス鋼の3D印刷を用いて、元の設計と比較して40%軽量化し、材料廃棄を95%削減したロボット用アーム先端ツールを製造しました。

   • アメリカ海軍は、Meltioのワイヤーレーザー3D印刷技術を使用して、船の古い部品を現場で修理および再生産しており、外部サプライヤーへの依存を減らし、船舶の停止時間を最小限に抑えています。

4. 材料の多様性 :

   • 316Lや17-4 PHなどのステンレス鋼は、その耐食性、耐久性、航空宇宙から食品加工に至るまで多様な業界への適合性から、3D印刷で一般的に使用されています。冷間噴射（例えばSPEE3Dのプロセス）やバインダージェット技術により、材料廃棄を最小限に抑えながら高速生産が可能です。

実世界での応用例

• 自動車 フォルクスワーゲンは、26の工場に金属3Dプリンターを90台運用し、需要に応じて部品を生産しています。これにより、少量生産部品の物流および在庫コストを削減しています。

• エネルギーおよび防衛 コールドスプレーテクノロジーにより、油田や軍事施設が現場で頑丈な金属部品を印刷可能となり、サプライチェーンの途絶を回避できます。

• 食品と飲料 jung & Co.は、3Dプリントを活用して衛生的で高性能なステンレス鋼製部品をボトリングラインに供給し、緊急時のダウンタイムを最小限に抑えます。

3Dプリントによる予備部品の導入：主要な検討事項

この技術の導入を検討する企業は、以下の要素が特に重要です：

• 設計の専門知識 成功する部品には、アディティブマニュファクチャリング（部品の統合、幾何学構造の最適化など）向けに設計し直すことが求められることが多いです。

• 技術選定 材料要件、部品サイズ、生産量に基づき、適切なプロセス（バインダージェティング、LPBF、コールドスプレーなど）を選択してください。

• 処理後 ほとんどの3Dプリント部品は、最終的な公差や表面仕上げを得るために熱処理、切削加工、研磨などの仕上げ工程を必要とします。

• 規制の遵守 航空宇宙や医療などの業界では、部品の性能や素材の完全性を保証するために認証が必要となる場合があります。

レガシー機器メンテナンスの未来

3Dプリンティング技術が進化するにつれて、コストはさらに低下し、スピードや素材の選択肢が広がり続けるでしょう。 モバイルレーザースキャニング （Jung & Co.が現場で部品の幾何学的形状をデジタルで取得するために使用）や 分散型製造ネットワーク の導入により、採用がさらに加速されます。レガシー機器を運用している企業にとって、メッセージは明確です。3Dプリンティングは単なるしのぎではないのです。よりスマートで、持続可能な方法で、重要資産の寿命を延ばす手段なのです。

まとめ

3D印刷によるステンレススチール製予備部品の登場は、製造業においてパラダイムシフトをもたらしています。オンデマンド生産を取り入れることで、企業は陳腐化を克服し、コストを削減し、運用効率の新たな可能性を引き出すことが可能になります。レガシー機器にとって、この技術は単なるアップグレードではなく、命綱なのです。