ブログ

Markforged社ブログより:Design for Manufacturingについて


Design for Manufacturingとは何か
Design for Manufacturing and Assembly(DFMまたはDFMA)は、製品開発サイクルにおいて重要です。製造と組み立て工程のために製品の設計を最適化し、設計要件とその製造方法を組み合わせます。DFM戦術を採用することで、品質を維持しながら製品を製造するコストと困難さが軽減されます。


Design for Manufacturingがなぜ重要か
コスト削減:製品の製造コストの約70%は、材料や製造方法などの設計によって定まります。残りの30%のコストは、プロセス計画やツールの選択などの生産上の決定によって決まります。ですので、設計の最適化に焦点を合わせることで製造コストを効率よく削減可能になります。

合理化された生産規模拡大:ハードウェア開発における奮闘は、試作品から製品への拡大から生じます。製品開発サイクルの最初からDFMを検討すると、再設計作業が削減し、製品の品質も向上し、製品化までの時間を短縮できます。


効果的な「Design for Manufacturing」の基本
標準化:標準化は、在庫とスケールアップのニーズを減らすことによってコストを削減します。部品の標準化についてはいくつか方法があります。

・製品内で再利用したり、製品ライン間で共有したりできる部品を設計します。
・在庫ニーズを減らすために、製品内のハードウェアを標準化します。
・製品の変更や再設計を簡単にするために、設計をモジュール化してください。
・可能な限り、構成部品の再設計などはせずに標準で存在するものを使用してください。


標準化と設計の簡素化は在庫ニーズを減らすことができます。

設計の簡素化:設計を単純化することで、製品の製造に必要な時間と在庫を削減できます。これは、コストと大きく関係します。製品を単純化するために、次のことができます。

・多機能部品を作ることによって組立工程と在庫を最小にします。
・スナップフィットのような設計された調整または迅速な固定方法を使用します。ボルト締めや糊付けなどの固定方法では、固定に時間がかかり、在庫が多くなります。
・3D印刷された試作品で改良されたデザインを素早くテストします。

位置合わせと順守:位置合わせの誤りは部品や機器を損傷し、歩留まりを低下させ、あるいはラインをシャットダウンさせることさえあります。次のいずれかを行うことで、傾斜、位置ずれ、許容誤差の積み重ねを考慮してデザインを調整します。

・許容誤差がアセンブリにどのように蓄積されるかを分析して、アセンブリの問題を解決します。
・組み立て中の位置合わせを容易にするために、統合部品機能を設計します。
・アセンブリの挿入中に、ガイドコンポーネントにテーパーまたは面を追加します

固定プレート上の3D印刷されたマウントは、ライン効率を向上させるためにロボット作業セル内のパイプに位置を合わせて整列します。

セットアップ時間の短縮:部品ごとに必要な作業の数を減らすか、3D印刷器具とワークフローの改善により組立工程を簡素化することでセットアップ時間を短縮します。

・部品またはアセンブリごとに必要なセットアップ数または回転数を減らします。
・セットアップ時間を短縮し、作業者の調整、検査、および組み立てを支援するためにカスタムワークホールディングを3D印刷します。
・改良されたツールやワークステーションを使ってラインをアップグレードできるかを評価します。


Design for Manufacturingの始め方
コミュニケーション:製品デザインの繰り返しは設計現場と製造現場の両方で行われます。製造現場の人々と協力して、設計を繰り返し改善することがよくあります。これは、製造上の問題の多くを直接経験しているからです。

プロセス:どのような製造方法が生産にとって最も費用対効果が高いでしょうか?加法、減法、あるいは成形でしょうか?適切に設計された部品は、製造工程に合わせて最適化する必要があります。さらに設計を簡素化するためにそれを利用することさえできます。各部品の製造プロセスを分析することで、部品コストを削減するためのセットアップや操作が簡単になります。

材料:材料の選択は、コスト、部品の品質、製造方法に影響します。部品にはどんな特性が必要ですか?それは何サイクル続くのでしょうか?重量の制限はありますか?

インフラストラクチャ:生産ラインはどのように設定されサポートされていますか?製造工程に合わせて部品設計を最適化するのと同じように、製造施設に合わせて製造ワークフローを最適化することができます。


3D印刷はDesign for Manufacturingにどのように適合しますか?
DFMで使用される積層造形の重要な価値は、迅速な反復と改善にあります。試作品でもツールでも最終部品でも、部品を製造するための時間とコストを削減することで生産性が向上します。

試作品: 3D印刷は迅速な反復を可能にするので、あなたは早くそして頻繁に多くの異なるデザインをテストすることができます。あなたは部品と製造と組立治具の設計を通して、安く、高い歩留まりで、そしてより速くプロセスを洗練することができます 。

ツーリング:ツーリングを3D印刷することで制作のためのリードタイム制約を削減し、増産時間を削減できる。これによって工作物の輪郭に合ったコンフォーマルもしくはエルゴノミックなツーリングの作成を容易にします。プロトタイピングと同様に、ライン上で洗練のための実装をする前に、ツールの複数のバージョンをすばやく繰り返し使用できます。


コンフォーマルな3Dプリントされたソフトジョーで機械加工されたベアリングハウジング。

エンドユース部品: 3D印刷は一部のエンドユーザ用部品に実行可能な選択肢です。これは多くの場合、他の製造方法を高コストにする特定の設計要件によるものです。独自の設計ガイドラインが付属しており、これは使用するプリンタの種類によって異なります。


Stanley Black&Deckerのメタル3D印刷パーツ。斜めの張り出しがあり、サポート材を排除しているため、後処理時間が短縮されます。

追加製造の機会:長い納期と高い製造コストを削減するために、製品内と生産ラインの両方で機会を探してください。 投資収益率(ROI)の計算を使用して、どの部品またはサブアセンブリに3D印刷が有効かを判断します。部品をMarkforgedのソフトウェア、Eigerにアップロードすることで、材料費と印刷時間を節約します。

与えられた部品に対して、他の製造方法がよりコスト的に効果的になる変曲点が常にあります。数量あたりのコストと数量あたりの時間の値を比較して、部品がこの曲線のどこにあるかを確認します。