MIMを活用した量産

短い生産期間と総コストの最小化を両立して高品質な部品を製造することは、企業と最終製品全体の成功に不可欠です。 また、小型で複雑な部品を量産するには、金属粉末射出成形（MIM）が最も効率的なプロセスです。

OptiMIMは、お客様のプロジェクトを構想段階から量産まで支援する専門家です。当社の金属粉末射出成形プロセスは、自動化、大ロット生産能力、比較的低い初期投資により量産に適しているだけでなく、当社のエンジニアはサプライチェーンおよびバリデーションプロセスの効率化にも精通しています。  

金属粉末射出成形が量産に最適な理由に関するご質問にお答えするため、製品設計・開発を専門とし、業界経験30年以上を持つ機械エンジニアであり、OptiMIMの事業開発マネージャーであるJohn O'Donnellに話を伺いました。

量産を前提に製造することが重要な理由

製造容易性を考慮した設計（DFM）の重要性はよく語られますが、製品設計においては量産性も同様に最優先事項とする必要があります。早期のサプライヤー参画と透明性を考慮したうえで、プロセスに量産性を組み込むことで、生産需要の急増や設計仕様の変更にも対応できる金型を構築できます。部品開発の初期段階で当社の設計エンジニアにご相談いただくことで、変数をより的確に把握し、お客様に適した、市場投入の成功につながる部品のためのロードマップを策定できます。

管理を維持しながら生産規模を拡大するには

製造中断の可能性や生産量の変動を計画に織り込まないなど、サプライヤーが高品質な部品の提供に至らない要因は数多くあります。プロジェクトのライフサイクル全体を見据え、ロードマップを作成することが重要です。ロードマップの策定において、プロセス変数の文書化が成功の鍵となります。プロセスでは、できるだけ早く部品を顧客へ届けることよりも、プロセス全体を整備し、時間の経過とともにリードタイムを短縮することに重点を置くべきです。手順と教育訓練の文書化を重視することで、生産量が増加した際にも重要な工程や管理に関する知識の喪失を防げます。製造業者には予期せぬ事態に対応し適応する能力が求められますが、適切なプロセスを整備すれば成功は必然です。

生産量を増やすには

予測CPKモデリングのような量産拡大手法を活用することで、生産量の増加を効果的かつ効率的に実現できます。生産中に維持可能なCPK、すなわち継続的な工程能力の水準を算出するため、公差と寸法を分析します。原料の一貫性から成形時のばらつきまで、生産プロセス内のすべての変数を特定します。モデリングにより、サプライチェーンを効率化し、より迅速に生産規模を拡大できます。そして多くのお客様にとって、最も重要なのは市場投入までの時間です。

OptiMIMで量産性の課題を解消

医療機器メーカーの中には、試作品をバリデーションし、できるだけ早く市場へ投入するために、棒材からの機械加工のような「近道」の製造プロセスを採用するケースがあります。こうしたプロセスでは機能試作品を製作できる場合がありますが、プログラムのライフサイクル全体にわたる量産には対応できません。そのため、これらの医療機器メーカーが量産対応のために新しいプロセスへ移行する際は、プロセスバリデーションを一からやり直す必要があり、数か月の遅れが生じます。さらに、試作品と最終部品で異なるプロセスを使用する場合、各プロセスの能力に応じて異なる設計上の考慮が必要になる可能性があります。

OptiMIMでは、製品ライフサイクル全体で量産可能な方法で設計をバリデーションする、完全に機能する試作品を製作できます。他のプロセスから移行して再バリデーションや設計変更の可能性に直面する代わりに、OptiMIMのエンジニアが構想から量産までプログラムを支援し、MIMプロセスの利点を最大限に活用できるようにします。早期に当社が関与するほど、お客様の部品により多くの価値を設計へ組み込むことができます。

自動化はプロジェクトにどのような利点をもたらしますか

機械加工などの他の製造技術でも複雑な形状を製造できますが、量産拡大においては金属粉末射出成形が優れています。完全自動化されたプロセスにより、少量生産から大量生産へ、間接費を大きく増やすことなく迅速に拡大できます。生産プロセスに自動化を導入することで、生産時間を増やし、材料スクラップを削減し、リードタイムを短縮しながら製品品質と再現性を向上させ、より迅速にご注文品をお受け取りいただけます。

自動化されたプロセス管理の例を教えてください

例えば、自動化プロセスの一つである圧力センサーキャビティモニタリング（PSCM）では、部品の複雑性向上、プロセス管理の安定化、金型キャビティ数の増加が可能です。これにより、厳格な管理を維持しながら年間部品数量と生産能力を増やし、量産への移行を容易にできます。PSCMシステムにより、リアルタイムで成形条件を微調整でき、これは継続的な部品工程能力における一貫性を確保するうえで極めて重要です。 このシステムがなければ、部品間の公差ばらつきがより大きくなる可能性があります。PSCMシステムは、機械をより安定した状態でより長時間稼働させることにも役立ちます。

MIMによる量産拡大のコストを抑えるには

MIMがプロジェクトに適したプロセスかを判断する際は、他の技術との比較において量産性を評価することが重要です。また、最もコスト効率の高い方法を決定するため、部品の複雑性と製品の生産期間も考慮する必要があります。

例えば、複数の段取りを必要とし、3～5年間にわたって生産する部品に機械加工を選択した場合、注文を完了するために必要な機械稼働時間によりコストが高くなる可能性があります。機械加工センターの能力にも限界があるため、将来的に追加の機械や複数のサプライヤーが必要となり、サプライチェーンに不要なリスクが加わる可能性があります。

MIMの明確な利点の一つは、試作時と同じ設備規模で量産拡大できることであり、結果としてプロジェクトのライフサイクル全体でROIを高めます。MIMでは、プロセスに成形機を追加する代わりに、既存の成形機にキャビティを追加できます。これは中量から大量生産における投資コストの低減を意味します。

量産性に関する最後の考察

量産拡大とは、年間数百万個を生産しなければならないという意味ではありません。量産拡大とは、本格量産へ向けてプロセスを確実に管理することです。重要なのは、能力を低下させることなく、製品およびプロセスの管理を維持することです。お客様の部品がMIMプロセスの恩恵を受けられるとお考えの場合は、プロジェクトに関連する利点をご案内する当社の設計エンジニアにご相談ください。