金型レス技術生産を実現するための選択肢とは？金型レス技術生産の基礎知識やメリット、事例について解説

金型レスとは何か

金型レスとは、製造業において金型を使用せずに部品や製品を生産する技術です。この技術を用いることで、金型の作成に伴う高額な費用や納期が不要になります。特に試作や少量生産の場面で有用であり、短納期での生産が可能となります。金型レス技術の選択肢としてはNC加工機、レーザー加工機、3Dプリンターなどがあり、多様な製品に対応できる柔軟性が特徴です。これにより、新製品の迅速なテストや、生産設備の早期復旧、少量生産において大きな利点をもたらします。

金型レスが求められる背景

金型レス技術が求められる背景には、製造業の変化と競争の激化があります。特に、製造コスト削減とリードタイムの短縮が重要な課題となっています。また、現代の市場では金型の製作には高いコストと時間がかかるため、特に多品種少量生産や試作品の迅速な入手が求められる場面が増えています。さらに、金型の保管や維持管理は多くのスペースとコストを要する点も近年課題として改めて注目を集めています。これらの要因が重なり、柔軟で迅速な対応が可能な金型レス技術への需要が高まっています。

金型レス技術を支える主要な選択肢 

金型レス技術を実現するために使用される主要な選択肢を紹介します。

NC加工機 

NC加工機は、金型レスを実現するためのツールの一つです。数値制御によって高精度な加工が可能であり、試作や少量生産に適しています。特に、自動車や航空機部品などの複雑な形状の製品を製造する際に、その柔軟な加工能力が重宝されています。

レーザー加工機 

レーザー加工機は、金型レス技術の中で重要な役割を果たしています。レーザーを使用して金属や非金属の素材を精密に切断や彫刻することができ、さらには基本的に金型の準備を必要としないため、リードタイムの短縮に寄与します。特に複雑な形状や細かなデザインを実現する際にその真価を発揮します。レーザー加工機は、高速かつ高精度であり、コスト削減だけでなく、場合によっては製品の品質向上にもつながります。また、プログラムによる自動化が容易なため、一貫した品質の製品を短期間で提供できる点でも優れています。

3Dプリンター 

3Dプリンターは、金型レス技術の中でも特に革新的な手段です。3Dプリンターは、デジタルデータから直接製品を出力できるため、金型の作成や保管が不要となります。このアプローチにより、切削加工などと比べても材料の無駄を最小限に抑え、環境に優しい製造が実現できる可能性があります。

製造工程では、3DCADを用いて製品デザインを作成し、それを3Dプリンターで形状化します。これにより、短納期での試作や少量生産にも柔軟に対応できます。また、複雑なデザインやカスタマイズも容易に行えるため、製造業の競争力を強化します。

また、近年は3Dプリンターで金型の代わりに樹脂型や砂型を出力するソリューションも登場しており、製品材料そのものでの試作や少量生産で活用される事例があります。

金型レス技術の主要メリット

金型レスにはさまざまなメリットがあります。ここでは代表的なメリットについて解説します。

製造コストの削減

金型レス技術の主な利点の一つは、初期投資の大幅な削減です。従来の金型を使用した製造プロセスでは、金型の設計と製作に膨大な費用と時間がかかります。金型レス技術を導入することで、これらの初期投資を削減し、コストを平準化することができます。

たとえば、NC加工機やレーザー加工機、3Dプリンターを使うことで、即座に製品の製作が可能となり、特定の製品においては金型制作のための初期投資を不要にすることができます。加えて、金型の保管や保守のコストも省くことができ、長期的な運用コストの削減にも繋がります。これらの技術により、製造業者は大量生産しない部品をより低コストで製品を市場に提供することができ、競争力を高めることが可能です。

リードタイムの短縮

金型レス技術は、リードタイムの短縮にも大きな効果をもたらします。従来の金型を製作するプロセスが不要となるため、製造準備時間を大幅に削減できるのです。この結果、特に試作や少量生産において、製品の試験や市場投入までのリードタイムが短くなり、迅速なフィードバックが得ることができます。また、3Dプリンターであればデジタルデータを直接加工に利用することで、製品の複雑な形状やデザイン変更にも柔軟に対応可能です。

試作や少量生産に適した柔軟性

金型レス技術は、試作や少量生産に最適な柔軟性を提供します。たとえば、3Dプリンターを使用することで、設計の自由度が飛躍的に高まります。従来の金型を用いる方法では難しかった複雑な形状や微細なディテールも、デジタルデータを元にそのまま出力可能です。また、即時に設計変更が可能なため、プロトタイプの反復試作が容易になり、最適な製品デザインを迅速に見つけやすくなります。これにより、製造工程の効率化とコスト削減が同時に実現します。

金型レス技術の利用例と具体的な事例

金型レス技術は多様な製造プロセスに適用されています。ここでは代表的な利用例と具体的な事例について紹介します。

試作品の迅速な開発の具体的な事例

金型レス技術を用いることで、試作品の開発が驚くほど迅速になります。金型の製作が不要なため、従来よりも作業時間が大幅に短縮されます。また、3Dプリンターやレーザー加工機などの先端技術を活用することで、細かな部品や複雑な形状にも対応可能です。この柔軟性と効率性により、製品開発プロセス全体のスピードアップが図れ、新しいアイデアを短期間で具現化できます。

たとえば、Egar Tool and Die社ではプレス加工用ロボットの先端治具において、3Dプリンティングを活用しています。この技術により、技術者は複数の異なる形状の試作品を短時間でプリントしてテストでき、最終的な治具形状を素早く決定できるようになりました。また、従来の加工法では実現困難だった複雑な形状も作製できるため、先端治具の性能向上が可能になりました。さらに、複雑な形状でも加工コストの上昇を抑えられるという利点もあります。

生産設備部品製造の具体的な事例

金型レス技術は、製品だけでなく生産設備部品の製造用途にも適しています。自社内での利用となるため、顧客に提供する最終製品よりも採用のハードルが低く、より早く実用化しやすい点も特徴です。

Eaton社の自動車グループでは使いやすい金属3Dプリンター Studio システム導入により、従来の製造方法よりもはるかに速く、わずか数日で交換部品を製造することができ、より早く生産を復旧させることができました。また造形部品は、従来の製造方法で作られた部品よりも大幅に（場合によっては90%以上）安くなりました。

少量生産の具体的な事例

金型レス技術は、少量生産においてもその真価を発揮します。たとえば、Wall Colmonoy社は、自動車から鉱業、食品に至る多様な顧客向けにエンジニアリング部品の開発と製造を行っています。毎年数千個の在庫用部品の製造、新規開発、そして既存の設計変更を、コスト削減、納期短縮の課題と合わせて対処するために、「Shop システム」という金属バインダージェット方式の3Dプリンターを活用しました。このように、柔軟な対応が求められる少量生産には、金型レス技術が非常に有効です。

「Figur G15 Pro」なら1m角でも1時間以内で高速シートメタル成形

Desktop Metal社の「Figur G15 Pro」は、金型レスでの高速シートメタル成形に特化した最新設備です。この設備は1メートル四方のシートメタルをわずか1時間以内で成形する能力を持ち、板金加工における生産の柔軟性と再現性を大幅に向上させます。ボールツールと樹脂製のバッキングパネルでシートメタルを挟み込むことでインクリメンタル成形していくという金型レス技術を採用することで、金型製作の時間やコストを削減し、柔軟かつ迅速な対応が可能です。特に試作や少量生産の現場で効果を発揮し、短納期での成果が期待されます。海外では旧車のレストアなどでの活用事例が出始めている最新技術です。