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クロスオーバーポイント以下では3Dプリントの方が安価であり、それ以上では射出成形の方が安価です。 金型が単純な小型部品の場合、この分岐点は多くの場合、数百個単位で発生します。大型部品や複雑な金型、多キャビティ金型の場合は、数千個単位になることもあります。分岐点は部品ごとに異なる計算結果であり、固定された数値ではありません。本記事の残りの部分では、その計算方法について解説します。.
このガイドでは、2つの原価構造の挙動がこれほど異なる理由、各価格の構成要素、そして一般的な経験則ではなく、自社の数値を用いて自社製品のクロスオーバー数量を算出する方法について解説します。.
射出成形では、コストが前倒しで発生します。部品が1つたりとも存在しない段階で金型の費用を支払う必要があり、その金型はプロジェクト全体において最大の単一経費となります。 一度金型が完成すれば、1個あたりの部品コストはごくわずかになります。必要なのは少量の樹脂、数秒の機械稼働時間、そして作業員の労働時間のほんの一部だけです。生産数量が増えるにつれて、金型コストはより多くの部品に分散され、1個あたりの実質コストは急激に低下し、その後は緩やかに低下し続け、最終的には材料費とサイクルコストの付近で横ばいになります。.
3Dプリントには固定費がほとんどかかりません。金型が不要なため、最初の1個のコストも1000個目のコストとほぼ同じです。これは少量生産では明らかな利点ですが、大量生産では明らかな欠点となります。なぜなら、生産量が増えたからといって単価が大幅に下がる仕組みがないからです。 1回の造形に複数の部品を詰め込むことで多少のコスト削減は可能ですが、成形と比較すると、コスト曲線はほぼ横ばいのままです。.
これらを一緒にグラフにプロットすると、一方の曲線は極めて高い位置から始まり急激に下降するのに対し、もう一方の曲線はほぼ横ばいのままです。両者は一度交差しており、その交点がその質問に対する答えとなります。.
後処理は、常に過小評価されがちであるため、特に注意を払う必要があります。印刷時間が数時間と見積もられていても、その後に行われる手作業による仕上げ作業の費用が、印刷自体の費用を上回る場合があります。特に、外観の美しい表面仕上げが求められる場合はなおさらです。.
金型分野は数値の変動が最も激しい分野であり、単一の数値で表せるものではありません。当社の内訳によると、 射出成形のコストを左右する要因 キャビティ数、金型用鋼材、形状の複雑さ、および金型ベースの選定がそれぞれどのように影響するかを解説しています。これは、金型数がクロスオーバー計算の主な入力要素であるため、ここで重要なポイントとなります。.
この計算は単純な算術です。この方法が役立つのは、業界平均値ではなく、自らが提示した数値を用いる点にあります。.
具体例を見ると、その仕組みがより明確になります。印刷部品の単価が1個あたり40ドル、成形部品の単価が1個あたり3ドル、金型製作費の見積もりが9,000ドルの場合、成形部品1個につき37ドルのコスト削減になります。また、9,000を37で割ると、およそ244個となります。 その数量未満の場合は、3Dプリントの方が安くなります。それを超えると成形の方が安くなり、2,000個を超えるとその差は非常に大きくなります。ご自身の数値を代入すれば、同じ3行の計算で答えが導き出されます。.
多くの比較では、ツール設定を単一の数値として扱っていますが、そこが誤りです。ツール設定には幅があり、その範囲の下限によってクロスオーバーが劇的に変化するのです。.
アルミニウム製の試作用金型は、焼入れ鋼製の量産用金型に比べてコストが大幅に安く、アルミニウムは加工速度がはるかに速いため、製造期間も短縮できます。製造できる総部品数は少なく、研磨剤入り樹脂への耐性も劣りますが、多くのプロジェクトにおいて、その制限は実際に必要な数量をはるかに上回っています。 発売初年度の製品であれば、数千個のショットを生産できる金型で十分です。.
これは計算に直接的な影響を及ぼします。金型の数を減らすと、クロスオーバー数量もそれに比例して減少するため、焼入れ鋼製の金型を前提とした計算では「印刷を継続すべき」とされた生産量においても、成形が競合対象となることが頻繁に発生します。当社の 射出成形金型 本サービスは、試作用および量産用の金型ルートの両方を対象としており、実際の範囲を把握するには、それぞれの金型コストを前提としてクロスオーバー計算を2回行うのが正しい方法です。.
コストは、どちらも許容範囲内の部品を製造できる2つの工程のうち、どちらを選ぶかを決定する要因となる。両方の工程が許容範囲内の部品を製造できない場合、その計算は無意味である。.
| 要件 | 射出成形 | 3Dプリンティング |
| 材料特性 | 等方性の物性が公表されているエンジニアリング熱可塑性プラスチック | 特定の素材を加工する場合、その素材はしばしば異方性を示し、積層方向に沿って強度が低下する |
| 寸法の一貫性 | プロセスが安定すれば、非常に高くなる | 最新のシステムでは良好ですが、組み立て位置や向きによって異なります |
| 表面仕上げ | 金型の表面によって決定され、外観上の基準を満たすことが可能 | レイヤーラインは製品に固有のものであり、仕上げは手作業で行われます |
| 許容能力 | 高精度で、大量生産においても再現性が高い | 緩く、技術や素材によって異なります |
| 設計変更 | 鋼材を切断すると、コストが高くなる | 変更するためのツールがないため、無料です |
| 初回部品までのリードタイム | 数週間かかります。ツールの構築が必要だからです。 | 日以内 |
| 規制関連文書 | 医療および自動車分野のプログラムにおいて確固たる地位を築いている | 一部のプロセスでは確立されているが、他のプロセスではその範囲が限定的である |
このうち2つは、通常、コスト面で優位に立ちます。部品に等方性の機械的特性や美しい表面仕上げが求められる場合は、生産数量にかかわらず成形が有利です。設計がまだ変更される可能性がある場合は、生産数量にかかわらず3Dプリントが有利です。なぜなら、設計に基づいて金型を作成した後に設計が変更されると、費用が二重にかかってしまうからです。.
米国での購入者にとって、クロスオーバーポイントは金型の製造場所によって変動します。国内で金型を製造するとコストが高くなるため、クロスオーバーポイントは高くなりますが、設計変更に伴う往復の時間を短縮でき、スケジュールから輸送時間を排除できます。海外で金型を製造するとコストが安くなるため、クロスオーバーポイントは低くなりますが、その代償としてリードタイムが長くなり、変更サイクルも遅くなります。.
ほとんどのハードウェアチームが採用する実用的なアプローチは、段階的なものです。つまり、設計がまだ変更される可能性がある段階ではプリントを行い、形状が確定するほど安定したら低コストの暫定金型を製作し、年間生産量がその導入を正当化できるようになった段階で量産用金型に移行するというものです。この順序をとれば、各段階が当時の設計の確実性のレベルに合致するため、総コストを最小限に抑えることができます。.
海外との比較に関する注意点として、着荷コストベースで計算することが挙げられます。金型の輸送費、部品の輸送費、関税、輸送時間をすべてこの数値に含めて初めて、2つの見積もりを公正に比較することができます。.
| 年間取扱量 | たいていは正しい選択です | 推論 |
| 100未満 | 3Dプリンティング | 部品数がこれほど少ないと、金型のコストを償却することはできず、設計もまだ変更が頻繁に行われることが多い |
| 100～1,000 | 計算方法によって異なりますが、まさにこの点において、ブリッジツーリングの競争力が最も発揮されるのです | 多くの小さな部品については、この範囲に該当するため、安易に推測するのではなく、実際に数値を計算してみてください。 |
| 1,000～10,000 | 射出成形（通常は試作金型またはブリッジ金型を使用） | 金型の償却は順調に進んでおり、総コストのうち部品コストが大部分を占めている |
| 10,000以上 | 量産用金型を用いた射出成形 | サイクルタイム、キャビティ数、樹脂コストが採算性を左右しており、印刷方式では競争力がありません |
| 部数やデザインは現在も変更中 | デザインが確定するまで3Dプリントを続ける | 動的なデザインを軸に構築されたツールには、二重のコストがかかる |
この図において機械加工がどこに位置づけられるかという点は、関連する質問ではあるものの、答えは異なります。というのも、機械加工にも工具費はかからないものの、印刷とは異なるスケールで拡大・縮小が可能だからです。私たちの比較では、 機械加工と成形の比較 その組み合わせについて解説しています。.
Tuowei Precisionでは、以下の製品・サービスを提供しています。 プラスチック射出成形サービス ラピッドプロトタイピングと並行して行うことで、同じサプライヤーが、設計の検証が行われている間に試作部品を製造し、量産が見込めるようになった段階で金型を作成して成形品を生産することが可能になります。部品モデルを 卓偉精密 金型費と成形品のコストの両方を返す。これは、上記のクロスオーバー計算に必要な値である。.
A: 部品によって異なります。金型費用を、成形が印刷に比べて1個あたりにもたらすコスト削減額で割ってみてください。金型が単純な小型部品の場合、その金額は多くの場合数百の範囲になりますが、大型または複雑な部品の場合は数千に達することもあります。.
A: ほんのわずかです。1つの成形品に複数の部品を組み込むことで効率は向上しますが、償却すべき金型コストがないため、部品あたりの価格はほぼ横ばいのままです。この横ばいの傾向こそが、最終的には成形がコスト面でそれを上回る理由なのです。.
A: 用途によっては、その通りです。しかし、プリントされた部品は、多くの場合、異方性を持ち、目に見える層の境界線があり、公差も緩い傾向があります。機械的特性、表面の美観、あるいは高い再現性が求められる場合には、成形が依然として適切なプロセスとなります。.
A: これにより固定費が大幅に削減され、それに比例して損益分岐点となる生産数量も低下します。アルミニウムや試作用金型では、焼入れ鋼のコストのほんの一部で数千回の成形が可能となるため、多くの場合、予想よりも早い段階で成形生産の採算が合うようになります。.
A: 一般的に言えば、いいえ。鋼材を切断した後の変更はコストがかかり、場合によっては新しい金型キャビティが必要になることもあります。形状が安定するまで部品の試作や機械加工を行い、その後で金型製作に着手する方が、早い段階で金型を作成して後で修正するよりも、通常は総コストが安くなります。.
執筆：TUOWEI Precisionの製造エンジニア、アンディ。. アンディは、CNC加工、精密製造、生産工学を専門としており、ラピッドプロトタイピングから本格生産に至るまでのプロジェクト支援において、実務経験を有しています。彼は、エンジニアリングチームや製造チームと緊密に連携し、材料、公差、加工プロセス、および設計の製造適性を評価しています。 彼の記事は、実用的かつ技術的な知見に裏打ちされた洞察を提供し、エンジニアや購買担当者がより適切な製造上の意思決定を行い、生産効率を最適化し、一貫した部品品質を実現できるよう支援しています。次回のプロジェクトには、TUOWEI PrecisionのCNC加工およびカスタム製造ソリューションをご検討ください。.
ラピッドプロトタイピングから量産に至るまで、Tuowei Precisionは、あらゆる工程において精度と一貫性を兼ね備えた信頼性の高いCNC加工を提供します。今すぐプロジェクトを始めましょう。.
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