製造技術の急速な進化によりハイブリッド製造は、製造と製品設計の両者に革命をもたらしています。しかしメーカー、製品設計者、エンジニアリング企業にとって、この最新の流れに乗り続ける事は容易ではありません。
3Dプリントや付加製造（アディティブ・マニュファクチャリング）技術、 新しい切削加工製造（サブストラクティブ・マニュファクチャリング）技術、より洗練されたソフトウェアやハードウェアが、メーカーに設備やプロセスの継続的なアップグレードを迫ります。
より速く、より安く、より良い製品を提供するために、設計と製造のプロセスを更に自動化し、連携させる必要があります。
ハイブリッド製造は一つの収束の形です。ハイブリッド製造技術により、付加製造と切削加工製造の両方のプロセスを必要とする製品の設計と製造が可能になります。同じソフトウェアとマシンを使うことができるのも利点の一つです。
しかし、このように製造プロセスが合理化されると、データの正確さと可視性への依存度が更に高まるため、非常に詳細かつ正確なモデルを作成できる統合ソフトウェアの重要性が高まります。また、設計チームと製造チーム間で関連するCADデータを共有し、製造プロセスにおけるエラーのリスクを軽減する必要があります。
この記事では、ハイブリッド製造の定義、従来の製造プロセスと比較した際の利点、ハイブリッド製造の例、そしてハイブリッド製造におけるクリーンで正確なCADデータの重要性について説明します。
ハイブリッド製造とは、3DプリントやAMとして知られる付加製造と、CNCマシニング（フライス加工、研削、圧延、穴あけ、旋削）などの切削加工プロセスの両方を、通常は同一の機械に組み合わせる製造プロセスのことです。
ハイブリッドマシンは通常、旋盤などの機械加工ツールで構成され、そのツールにはワイヤーや金属粉を蒸着するDED（Directed Energy Deposition）ヘッドも搭載されています。また、機械加工とPBF（粉末床溶融）または材料押出を組み合わせた製造システムもあります。このような機械は、1つの工程で切削加工と付加製造を行うことができるため、ワンステップ・ハイブリッド・マシンと呼ばれています。
ハイブリッドシステムとワンステップ・ハイブリッド機は、従来の製造工程と比較して多くの利点があります。
ハイブリッド製造は、設計と製造のプロセスを統一された環境で合理化することにより、より効率的に、より早く、より少ない機械で製品を製造することを可能にします。3Dプリントされた部品は、造形エリアから出る必要がないため、エラーが発生する確率が低くなります。
ハイブリッド製造は、3Dプリントのスピードと切削加工の詳細作業の柔軟性を活用することで、設計の自由度を高め、より複雑なパーツをより容易に作成することができます。また、射出成形金型の冷却水路のように、機械加工とプリントを交互に行い、内部の細かい作業を仕上げることができるのも利点です。
(画像出典： Science Direct, 2022)
ハイブリッド製造は比較的若い技術ですが、自動車や航空宇宙産業でその利用が急速に拡大しています。 ハイブリッド製造の一般的な例として、金属粉末を用いた 金属蒸着 を用いて部品を3Dプリントし、その後、後加工の切削加工を行うケースがあります。この加工では、金属製のフライス盤や研磨機を使って、パーツの表面を滑らかにします。
また、逆に切削マシンニングで金属を削り、その上に付加製造で薄い膜を張って完成させることもあります。
ハイブリッド製造によって、製造の過程で異素材を組み合わせるという選択肢を取ることも可能です。一部分には耐熱性や耐ストレス性が必要だが、部品全体には必要ないといった例においてこれは有効です。安価な材料で部品の大部分をプリントすることで、コストを削減することができます。
ハイブリッド製造は様々な業界で活用されています。下記は一例です。
ハイブリッドマシンには、付加製造と切削加工の両方を搭載した 既製機 と、切削加工機械を再設計して付加製造機能を追加したものがあります。
ハイブリッド生産には多くの利点がありますが、他の新しいテクノロジーと同様に、新しいワークフロー・プロセスを開発する際には注意が必要です。設計から製造に移行するプロセスでは，CAD データ 交換プロセスによって，ファイルがプログラムやモデリングタイプ間で移動するため，ファイルレベルでエラーが発生する可能性があります．
また、解読が難しいドキュメントに記載されたデータを、チームメンバーが誤って解釈することで、エラーが発生する可能性もあります。
そのため、データのクリーン化に関するベストプラクティスに注意を払い、クリーンなモデルを作成することがこれまで以上に重要です。これにより、設計、3Dプリント、切削加工の間のスムーズな移行が実現します。
チームメンバー全員が容易に理解できる正確で精密なデータであれば、そのモデルはクリーンであると言えます。また、データを解釈するための関連文書も必要です。業界標準や社内標準を厳守し、確実に標準が遵守できるツール選択し、データの整合性を維持する必要があります。
新規顧客の注目を集め、既存顧客にさらなる価値を提供するためには、製造業の最先端を行く競争力が必要です。
3Dモデリングがどのように製造業の姿を変えていくのか
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ワークフローにハイブリッド製造を加えるには、複雑さの異なる様々なタイプのモデルを取り込んで、ハイブリッド製造装置と互換性持つソフトウェアが必要です。
そこで登場するのがハイブリッドモデリングです。 スペイシャルの CGM Modeler SDK を利用することでハイブリッドモデリングをアプリケーションに簡単に組み込むことができます。設計情報からCADデータをインポートすることから、加工装置の機能に基づいてモデルを修正することまでできるようになります。
スペイシャルのハイブリッドモデリングSDKの利用によって、単一のアプリケーションで付加および切削加工プロセスのモデル準備機能の提供が可能です。これによって以下のようなプリ・ポスト処理ツールをハイブリッド製造プラットフォームに簡単に組み込むことができ、アプリケーションの範囲を拡大することができます。
ハイブリッド製造は、廃棄物、時間とコストを削減し、複雑なカスタマイズ部品に大きな柔軟性をもたらしてくれます。 経済的なメリットだけを考慮しただけでも、将来ハイブリッド製造に関わらない業界はまずないと言えるでしょう。
ハイブリッド製造の実現にはハイブリッド製造に特化し、データの整合性の問題を予防する高度な機能をもつソフトウェアが必要です。付加製造、切削加工製造のワークフローを組み合わせた統合ソフトウェアソリューションがなければ、製造工程は現状と変わりは有りません。
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