ラピッド プロトタイピング：製品設計とラピッド プロトタイピングが互いに連携する理由

ラピッド プロトタイピングでは通常、3D プリントを使用して、3D CAD ファイルからのデジタル設計に基づいてスケール モデルやアセンブリを迅速に作成します。物理プロトタイプを迅速に開発および改良できるため、エンジニアは迅速かつコスト効率の高い方法で共同作業者から実用的なフィードバックを得ることができます。 工業デザイナー（英語）とパートナーは、ラピッド プロトタイピングを使用してユーザー テストのために外観と人間工学を評価することができ、エンジニアはプロトタイプの材料特性と性能に関する情報を提供することができます。他の共同作業者は、生産前にラピッド プロトタイプの製造可能性と使いやすさを検証することができます。

デジタル コンセプトを有形モデルに迅速に変換できるラピッド プロトタイピングは、製品設計にとって不可欠になりました。モデルをすぐに確認できるので、即座のフィードバックが容易になり、潜在的な設計の欠点を特定し、アイデアから生産へのスムーズな移行が可能になります。

積層造形（3D プリント）は、複雑なデザインを作成するための費用対効果の高い効率的な手段を提供することで、ラピッド プロトタイピングに革命をもたらしました。使いやすいアプローチによりプロトタイプの作成が迅速化され、デザイナーはより迅速に反復し、設計上の課題に迅速に対応できます。

CNC 加工は、特に厳しい許容差や特定の材料が求められるコンポーネントに対して、高精度と指定された表面仕上げを提供することでラピッド プロトタイピングを補完します。速度と精度の両方を満足させ、機能的で洗練されたプロトタイプを実現します。

Autodesk Fusion は、CAD 設計と 3D プリント機能および CNC 加工機能を統合したソリューションです。この統合ツールは設計から製造までのプロセス全体を合理化し、製造におけるラピッド プロトタイピングの可能性を最大限に活用することを目指す企業にとって最適な選択肢となります。

社内の 3D プリンタを使用すると、ラピッド プロトタイピングを 24 時間のサイクルに組み込むことができ、設計者は営業日に 3D CAD モデルで作業し、プロトタイプ パーツを夜間に 3D プリントし、翌日にプロトタイプのデザインをテストして微調整できます。この効率的な作業により、エンジニアリング チームはクライアントや共同作業者からの実用的なフィードバックを統合し、各反復を製品の最終形態に近づけることができます。

このフィードバック サイクルは、生産準備を進める前に開発者が設計の問題を特定して修正するのに役立ちます。多くの製品の反復を自由にテストできるため、エンジニアはリスクを抑えて設計コンセプトを検討することができます。

ラピッド プロトタイプの開発では、いくつかの段階を経る間にプロトタイプの複雑さと物理的特性が変化します。製品開発の初期段階において、概念実証（PoC）プロトタイプは、コンセプトを検証し、製品の実現可能性を示すのに役立ちます。外見が完成品に近いプロトタイプは、最終製品の完全な機能を備えていなくても、潜在的な最終製品の人間工学とユーザー エクスペリエンスを実証できます。機能が完成品に近いプロトタイプは、最終製品とまったく同じように見えるわけではありませんが、機械的、熱的、電気的に最終製品と同じ機能と特性を備えています。最後に、エンジニアリング プロトタイプは、外観と機能の特性を組み合わせた、製造性を考慮した設計（DfM）の最終的な量産前プロトタイプであり、最低限ラボ テストで使用できます。

多くのラピッド プロトタイピングは、積層造形（3D プリント）技術と関連付けられています。他にもプロトタイピング テクノロジーは存在しますが、そのほとんどはラピッド プロトタイピングと呼ぶにはコストが高すぎます。たとえば、射出成形には広範囲にわたるツーリングとセットアップの要件があるため、ラピッド プロトタイピングには非現実的で、コストもかかります。

CNC 加工（切削加工）は、積層造形には適さない部品のラピッド プロトタイピングに適している場合があります。ただし、CNC マシンは一般に 3D プリンタよりもセットアップ、操作、ツーリングに多くの時間がかかるため、ラピッド プロトタイピングにはあまり使用されません。

その結果、多くの種類の積層造形がラピッド プロトタイピングと同義になります。最も一般的な 3 つの積層造形技術は、熱溶解積層法（FDM）という商標名を持つフィラメント溶解製法（FFF）（英語）、ステレオリトグラフィ（SLA）（英語） 、および選択的レーザー焼結（SLS）です。

FFF/FDM は、最も一般的な 3D プリントの形式です。最も操作が簡単で、コストが最も低いためです。また、かなり高速で、ラピッド プロトタイピングにも適しています。ただし、溶けた熱可塑性プラスチックのレイヤを堆積させるこの技術では、表面に傷が発生します。また、3D プリント テクノロジーの中で最も解像度と精度が低いため、単純な部品や初期段階のプロトタイプに最適です。

SLA と SLS の 3D プリントはどちらも FFF より高価ですが、FFF よりも強度があり、より機能的で、より正確な部品を製造できます。SLA はレーザーを使用してさまざまな樹脂を硬化させ、厳しい許容差を満たす高解像度の硬質プラスチック部品を製造します。外見が完成品に近いプロトタイプや機能が完成品に近いプロトタイプを迅速に製造できます。SLS は、機能テストや現場テストの目的で機能が完成品に近いプロトタイプやエンジニアリング プロトタイプを作成するためによく使用されるラピッド プロトタイピング アプローチです。高出力レーザーを使用して、金属を含むさまざまな種類の粉末の粒子を一緒に焼結します。SLS は、複雑な形状や特殊なフィーチャを含む場合でも、非常に強度のある部品を生成できます。

ラピッド プロトタイピングに使用できるその他の 3D プリント方法には、選択的レーザー溶融（SLM）、薄膜積層法（LOM）、デジタル ライト処理（DLP）、バインダー ジェッティングなどがあります。SLM（粉末床溶融結合）は、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼、その他の金属粉末からプロトタイプまたは量産部品をレイヤごとに作成するもう 1 つの金属積層造形法 （英語）です。DLP テクノロジーは SLA に似ていますが、 SLA よりも高速で低コストです。ただし、プリントとその後の硬化中にサポート構造も必要になる場合があります。LOM 積層造形テクノロジーは、機械でカットされた紙、プラスチック、またはその他の材料のレイヤを接着して部品を製造します。最後に、バインダー ジェッティングは、さまざまな材料の粉末を数多く使用できる高速な 3D プリント方法です。ごくわずかの液滴を噴霧して粉末のレイヤを結合し、圧縮して、オーブンで硬化または焼結してオブジェクトを仕上げます。