オハイオ州のリーダー的存在、Slice Mfg. Studios 社と ARCH Cutting Tools 社が、多機能工作機械と GibbsCAM ソフトウェアを使用して複雑な部品を短期間で製造する様子をご確認ください。

課題

  • 複雑な部品を 1 つのマシニングセンターと 1 回のセットアップで作成。
  • 加工シミュレーション、後処理向けの優れたサポート、単一のインターフェースを備え、信頼性と再現性が高く、業界で一般的に使用されている CAM ソフトウェアにより、多軸 CNC 加工機をプログラム。

ソリューション

  • 3D Systems 製 GibbsCAM® CNC プログラミングソフトウェア
  • Willemin-Macodel 508 ミルターン加工機とロボット

結果

  • ばらつきや、複数回の運転およびセットアップを排除。
  • エラーの発生とダウンタイムを低減
  • サイクル時間を最大 80% カット。
  • リードタイムを最大 1/3 にまで短縮
  • 初回部品作成までのスピード、部品品質、公差を改善

2016 年、Randy Theken 氏は、彼自身が経営する医療インプラント製作会社 NextStep Arthropedix が必要なサービスを提供してくれる外注製造メーカーを見つけられずに苦労していることを受け、オハイオ州アクロンに Slice Mfg. Studios 社を設立しました。そのため、同社は、基本的に外注機械工場を立ち上げたエンジニアたちで構成されています。

設立以来、Slice 社は医療用機器と産業機器向けにエンドツーエンドのサービスとソリューションを提供するワンストップの工場としてその地位を確立しています。同社では、設計、開発、プロトタイプの作成、機械的テストから、最終生産、滅菌洗浄および梱包までを行っています。高度で全対応型の製造スタジオは、FDA に登録済み、かつ ISO 13485 認証を受けており、クリーンルームとして分類されています。Slice 社を特徴付けているのは、前工程から最終段階までの作業をすべて 1 箇所で実施できる数々の能力です。

オハイオ州アクロンの Slice Mfg. Studios 社、GibbsCAM ソフトウェアを多機能工作機械に使用。

Cimatron で設計および製造されたプラスチック射出成形金型で生産された最終パーツを検査する社長兼 CEO の Ted Stender 氏とシニア金型設計者の Dave VanDeLaare 氏

On
「当社で重要なことは、優れた初回部品を生産するスピードです。迅速に作業を行うには、機械の機能をソフトウェアの機能と連携させることが極めて重要になります」
—米国オハイオ州アクロン Slice Mfg. Studios 社の本部長、Joe Lah 氏
  • 製品: 医療用機器と産業用コンポーネント

    Slice 社は主に、股関節の寛骨臼カップ、大腿骨ステム、脊髄ケージ、および、これらに付随するプレート、スクリュー、コンポーネント一式などの医療用機器、あるいは、防衛用、油井掘削用、深海水中用コネクターなどの産業用コンポーネントを必要とする小規模から中規模の顧客に向けて、非常に精緻で立体的な機器を製造しています。

    特に、インプラントには多くの順列組み合わせを伴うコンポーネント群が含まれるため、医療用インプラント業界では高レベルのカスタマイズが求められます。例を挙げると、人それぞれに個性があるように、脊柱前彎症の場合、脊椎ケージの角度は 3~4 タイプに分類され、大きさも 15 サイズあります。この多くの順列組み合わせが意味することは、Slice 社は、数百種類のコンポーネントを別々に作成し、コンポーネントごとに個別のプログラミングを設定する必要があるということです。そのため、プログラミングのスピードが極めて重要となります。

    「多機能装置は多くのタイプの部品や、多くの反復や順列組み合わせを持つ部品の少量生産を開始する際、本当に便利です」と、本部長の Joe Lah 氏は語ります。彼はまた「当社の多軸加工機では GibbsCAM を使用しています。当社には優秀なプログラマーたちが揃っていますが、ソフトウェアパッケージを検討している際、彼らから圧倒的な支持を得たのは GibbsCAM でした」と付け加えました。

  • 骨用ネジ、股関節のカップ、大腿骨ステム

    骨用のネジ、股関節の寛骨臼カップ (3 ステージ)、大腿骨ステム

    脊髄ケージ

    脊髄ケージ

「部品の中には、多軸装置がなかったら、作れたかどうかもわからない物もあります」
—米国オハイオ州アクロン Slice Mfg. Studios 社の本部長、Joe Lah 氏

装置: 多機能 CNC 加工機と 3D プリンタ

Slice 社は、3D アディティブマニュファクチャリングと精密な加工をワークフローに組み入れることに精通しています。彼らは多機能加工 (MTM) 装置を使用して、1 回のセットアップにより、バーストックまたは 1 つの金属 3D プリント部品から非常に精度の高い部品を製造します。さらに、アディティブマニュファクチャリング機能の一環として、Slice 社には医療用インプラント向けのインプラントグレードのチタン粉末を使用する金属 3D プリンタと、主に手術用器具やツーリングのプロトタイピングに使用する 3D Systems 製の ProX® DMP 300 プリンタが揃っています。

多軸加工機の機能

多機能工作機械の主な利点は、再チャッキングを行わずに、1 つのマシニングセンターとセットアップ、高い精度で多面を加工できることです。再配置を伴うさまざまな操作によって部品を取り扱う行う必要がないため、ばらつきが出ません。「当社の業務では、これは大変重要です」と Lah 氏は言います。

  • Slice 社は Willemin-Macodel 408 および 508 多機能ミル加工センターを、自動の部品ローダー/アンローダーにより完全に補完しています。Willemin-Macodel 508 は、厳密に言えば 5 軸ミルターン加工機ですが、実質的にはむしろ、複数のスピンドル、バイス、タレット、部品ローダー/アンローダーを備えた 7 軸加工機と言えます。Theken 氏は「1 つのバーストックを投入してフライス加工と旋削の両方を行い、ワンステップ部品を完成させます」と説明すると、Lah氏が「どのような立方体でも 5 面を加工できます。これは、この種のコンポーネントの多くで重要です。また、バイスを容易につかんで再配置することで、立方体の 6 面目を加工できます。これにより、厳格な公差、寸法、真位置の点で、非常に精密に仕上げることができます」」と付け足しました。

    さらに、Slice 社では、骨用ネジ、頸部用ネジ、強ねじれ溝の作成に TORNOS スイス加工機を使用しています。「このような溝を作成するのに、これほど優秀な装置は他にはありません。また、完全にプログラミング可能な B 軸機能のおかげで、かなり簡単かつ効率的に渦巻溝加工を施せます。さらに、精度の観点から言えば、バーフィーダーを必要とする小さな体積の旋盤加工部品を作成するなら、スイス旋盤に勝る方法はありません」と Lah 氏は語ります。

    エラーを削減、部品品質を向上、完全自動加工

    「Willemin-Macodel 加工機を選ぶ時の基準は、主に品質、つまり精度です」と、Lah 氏は思い起こします。Willemin 508 には、高い精度のスピンドル、リニアモーター、正確な目盛りを備えた案内面が搭載されています。これらは熱的に制御できるため、1 日を通して公差を非常に良好な状態で維持します。「さらに、ロボットがすべてを実行してくれます」Theken 氏は言います。工作機にはロボットによるロードとピックインプレースユニットが装備されているため、Slice 社は品質問題や安全問題をほとんど気にすることなく装置を運転できます。

  • Willemin-Macodel 508MT 多機能工作機械

    Willemin-Macodel 508MT 多機能工作機械

    TORNOS スイス多機能工作機械

    TORNOS スイス多機能工作機械

    Multi-task machines in action

さらに、1 つのマシニングセンターを使用することで、ステップ間やマシン間の移行時にエラーの発生や空気の混入を防げます。これは、品質の点で重要です。「複数のステップを排除すると、部品の良し悪しをすぐに判別できます。チャンキングの都度、セットアップの都度発生する積み重なった公差に依存する必要はありません」と、Lah 氏は説明します。

また、GibbsCAM を使用して MTM 装置をプログラミングすると、Slice 社は部品の開始から終了までのすべてを 1 回の加工セットアップで確認でき、複数回のセットアップが必要なプロセスに付きもののエラーを削減できます。GibbsCAM で 1 回のセットアップにより、部品をシミュレーションして、必要なツール、加工パス、仕上げのすべてについてリハーサルを行えるため、複数段階を経るプロセスでは確認できないこと、または、シミュレーションできないことも確認できるというわけです。「そのような理由で、多機能装置は本当に唯一の手段なのです」と Lah 氏は締めくくります。

主任 CNC プログラマー兼製造技術者の Brad Fowler 氏が、「より優れた部品品質を得られ、精度がより高く、セットアップ回数が減り、ヒューマンエラーも減ります」と語ると、Lah 氏が「さらに、リードタイムも短縮されます」と付け加えました。

  • リードタイムの短縮

    多機能工作機には 1 つのマシニングセンターしかないため、セットアップは 1 回で済みます。部品の投入、取り出し、仕上げは複数のステップを踏む部品のバッチ生産よりも相当早いうえ、積み重なっていくセットアップ間の待ち時間がなくなります。「待ち時間が積み重なる、これは、お客様の立場からすれば、好ましいことではありません。リードタイムに関しては、4~6 週間という納期をほぼほぼ守ることができます。一方、もし私たちが部品のバッチ生産を行っていたら、恐らくその 3 倍の時間がかかることでしょう」と Lah 氏は付け足しました。

  • 多機能工作機械のセットアップは 1 回のみ

    多機能工作機械のセットアップは 1 回のみ

Slice 社の主任 CNC プログラマー兼製造技術者の Gary Knight 氏は次のように付け足します。「他にセットアップをしなくて済むなら、時間を大幅に節約できます。多機能工作機なら、プログラミング時間を何時間も節約できます」

ソフトウェア: GibbsCAM

Slice Mfg. Studios 社は、2016 年の創業以来、Willemin-Macodel 多軸加工機やフライス加工機用に 3D Systems の GibbsCAM CNC プログラミングソフトウェアを使用しています。「Willemin 508 加工機の精度に対応できる CAM ソフトウェアプログラムは、他にはありませんでした」と Theken 氏は思い起こします。

信頼性と再現性

どのような支障も MTM 装置に多大な損害を与えかねないため、Slice 社には、信頼性と再現性の高い CAM ソフトウェアが必要でした。何度も何度もジョブを繰り返しても、なお信頼できるソフトウェアです。

プログラミングソフトウェアを信頼できること、これは、マシンツールが故障しても切り抜けられる一般的なマシンセンターとは異なり、超高精度の MTM 装置では極めて重要です。衝突や予期せぬ機械の動作が起きないこと、ポストプロセッサーから装置へと信頼してプログラムを読み込めることを確認する必要があります。そのうえで、何の懸念もない状態で開始します。「GibbsCAM では、コーティングによって、多機能工作機械に向けて信頼性と再現性の高いプログラムをシームレスに生成できます」と Lah 氏は語ります。

  • GibbsCAM をプログラミングする主任 CNC プログラマー兼製造技術者の Brad Fowler 氏と Gary Knight 氏

    GibbsCAM でのプログラミング

  • GibbsCAM での加工シミュレーション

    GibbsCAM での加工シミュレーション

初回部品の完成をスピードアップ

Lah 氏によると、サイクル時間に加えて、GibbsCAM の最大のセールスポイントは、優れた初回部品を完成させるスピードだといいます。彼らの業界では、モデルを描いて初回部品が機械から産出されるまでの時間は、部品を作成する時間とさほど変わらない可能性があります。そのため、このステップを迅速に進めることが重要です。「GibbsCAM なら、製品の反復や複数の順列組み合わせをスピーディかつ効率的に処理できます。これは、他の方法では不可能です」

従来の切りくず切断、フライス加工、旋削とは異なり、GibbsCAM を使用すると部品のさまざまな部位を仕上げることができるため、Slice 社は後処理を施さず、最小限の表面処理だけで必要な形状や表面仕上げを完成させ、優れた初回部品を作成することができます。Lah 氏は次のように述べまています「GibbsCAM は、工場全体の生産において、本当に重要です。私たちには、部品をプログラミングし、そのプログラムをコーディングルームでシミュレーションおよび検証した後、機械に投入するたびに、初回製品のレイアウトで、時には初回の試みで部品を作成できるという確信があります」

「作業指示を受けたらどんなジョブか確認、ファイルを GibbsCAM にインポートして、 GibbsCAM でジョブをプログラム、それをコーティングして機械に送信します。すると優れた部品が出来上がるというわけです」Fowler 氏がかいつまんで説明してくれました。

「私たちの成功を左右するのは、まさに優れた初回部品なのです。GibbsCAM なら、それを実現できます」
—米国オハイオ州アクロン Slice Mfg. Studios 社の本部長、Joe Lah 氏

単一インターフェース
もう 1 つ、時間を節約できる GibbsCAM の機能は単一のインターフェースです。Fowler 氏と Knight 氏は、複数のプログラムを切り替える必要がなく、単一のインターフェースからすべてを実行できるため、時間を節約できるといいます。また、複数のプログラムのトレーニングを実施する必要がないため、Slice 社では新入社員のトレーニング時間が削減されました。

  • レンダリングおよび加工シミュレーション
    多機能装置のプログラミングに GibbsCAM を使用するもう 1 つの大きな利点は、レンダリングシミュレーションの機能です。

    Knight 氏は、以前の CAM プログラムのように複数の画面を切り替えることに時間を費やす代わりに GibbsCAM を使用して同じ画面でモデル化、スケッチ、レンダリングをすべて実施できる点が気に入ってるといいます。「ジョブ全体なら、数時間の節約になります」

    さらに、GibbsCAM の加工シミュレーション機能により、Slice 社は加工機のクラッシュを防ぐことができるため、ダウンタイムと、クラッシュした加工機の修理費用を回避できます。「当社には 7 軸の Willemin 加工機があり、多くの作業を行っていますが、シミュレーションを監視して加工機のクラッシュを防止する機能は非常に優れています」と Fowler 氏は語ります。

    GibbsCAM 機械のシミュレーション機能は、Slice 社の時間も節約しています。Knight 氏は、バイス、サブスピンドル、彼が運命の輪と呼ぶテールストックにより Willemin 508 加工機内部で部品をつかみ、必要な部分を何でも抜き出せるといいます。彼はこれを GibbsCAM でシミュレーションし、バイスまたはサブスピンドルにより適切な位置でレンダリングします。「GibbsCAM が無かったら、レンダリングした加工シミュレーションを部品上で見ることは難しいでしょう。現場を行き来して多くの時間を費やしたり、在庫を一掃するようにすべてをチェックしているかもしれません」と Knight 氏は指摘します。彼はまた「CAM ソフトウェアの多くには、加工シミュレーション機能がありません」と付け足しました。

    使いやすさとカスタマイズ
    Fowler 氏も Knight 氏も、GibbsCAM がカスタマイズ可能で、使用も習得の容易な点を高く評価しています。Slice 社は、GibbsCAM を起動してうまく操作し、数時後には MTM 装置で使用していました。

    2001 年からずっと GibbsCAM を使用している Fowler 氏は、優れたツールパスを作成する数々のオプションがあると指摘しています。彼は同じ画面上の GibbsCAM の前面にすべてが揃っていること、タイルをカスタマイズできるため最もよく使用する機能を画面の最前面に配置できることが気に入っているようです。Knight 氏は、GibbsCAM ではコーディングを微調整できるため、彼独自の方法で機械を設定できることにも触れました。「クリックするだけで済めば、別のタイルをいくつもスクロールするより明らかに速いですよね」と Fowler 氏が結びました。 

  • GibbsCAM での加工シミュレーションのレンダリング

    GibbsCAM での加工シミュレーションのレンダリング

    GibbsCAM machine simulation rendering in action

    カスタマイズされた GibbsCAM の UI

    カスタマイズされた GibbsCAM の UI

業界での実績

Theken 氏によると、Slice 社が多機能工作機械のプログラミングに GibbsCAM を最終的に選んだ理由は、業界での実績と評判が決め手だったといいます。

評判
Lah 氏は、GibbsCAM は彼らの業界では広く知られているといいます。「私たちの使っているような多機能工作機械では、機械の機能を思う存分活かせるようなソフトウェアを見つけるの難しいのです。GibbsCAM なら、機械の機能を知り尽くしており、ソフトウェアと機能を照合し、それが機能するようなソリューションをすぐに提供してくれるプログラマーを見つけることができます」

「当社の多軸加工機では GibbsCAM を使用しています。当社には優秀なプログラマーたちが揃っていますが、ソフトウェアパッケージを検討している際、彼らから圧倒的な支持を得たのは GibbsCAM でした」
—米国オハイオ州アクロン Slice Mfg. Studios 社の本部長、Joe Lah 氏

ポストプロセッサ対応
ポストプロセッサに対応していることも、GibbsCAM を選択するうえで重要な要素でした。Fowler 氏によれば、機械ごとにプログラムのコーティングが異なるため、コーティングが一致しない場合はコードの大部分を編集する必要があるといいます。

  • 当初、Slice 社では別のポストプロセッサを使用していましたが、これはかなり信頼しがたいものでした。Lah 氏は当時のことを振り返ります。「Virtual Manufacturing Services, Inc. とチームを組んだら、物事がすべて順調に進みました。彼らは、そのまま使用できるポストプロセッサを提供してくれました。それは、以前私たちが使用していたものとは比べものにならないくらい優れており、初めて信頼できるものでした。これが本当に当社の成功に貢献してくれました。コーティングの開始から完成までが本当に速く、数週間で終えることができました」

    さらに、Virtual Manufacturing 社は、コーディングの編集、カスタマイズ、バグの修正など、何でもほぼ瞬時に対応してくれました。

  • GibbsCAM のコーティング

    GibbsCAM のコーティング

身近なサポート
Virtual Manufacturing 社と協働するもう1つの利点は、彼らの所在が同じ地域だということでした。Knight 氏は 2006 年からずっと Virtual Manufacturing 社と共同でコーディングを行っており、彼らのサポートは非常に素晴らしいと感じています。「それに、カリフォルニアに連絡するから待って…、ということもありません」

結果: 競争上の優位性

多機能工作機械センターと GibbsCAM ソフトウェアにより、Slice Mfg.Studios 社は長年にわたり、医療機器メーカーと法人顧客に複雑で超高精度のコンポーネントを提供しています。これは、他の多く工場では製造不可能な製品です。「他の工場なら設計とプログラミングに数か月もかかるであろうコンポーネントを、当社ではワンステップで作成できます。GibbsCAM ソフトウェアと多機能工作機の機能があれば、プログラミングから部品完成まで、数日しかかからないのですから」Lah 氏が念を押しました。

  • 多軸装置を使用して顧客サプライチェーンの手間を省いたことに関して、Slice 社は多くの顧客から高い評価を受けています。

    たとえば、防衛関係の顧客は、非常に複雑な部品を 4 ステップから成るプロセスにより英国から仕入れていましたが、これはリードタイムが非常に長いうえ、相当なコストがかかっていました。MTM 装置と GibbsCAM ソフトウェアにより、Slice 社は部品をワンステップで製造し、サイクル時間を 20 % カットしたうえ、プロセスから 3 ステップ削ることに成功しました。

    GibbsCAM によるサイクル時間の削減、優れた品質、精度の高い加工に加え、Slice 社は他のサプライヤーでは達成不可能な公差を実現しています。防衛関係の顧客から依頼されたプリントは、真位置の公差がゼロというものでした。Slice 社に許された唯一のばらつきは、材料の条件によるものだけでした。「GibbsCAM と MTM 装置により、これを達成できました。それに、ゼロ以下の公差など、あり得ませんよね」と Lah 氏は結びました。

    もう 1 つの例を挙げれば、Slice 社は外部の顧客向けに作成した股関節の寛骨臼カップを非常に誇りを持っています。その顧客は、独立した 3 つの非常に高度な加工工場にカップの加工を依頼していましたが、3 工場すべてで、カップを製造するために 3 回のセットアップと約 2 時間におよび加工時間を要していました。Slice 社はカップを自社に持ち込み、MTM 装置と GibbsCAM ソフトウェアを使用して 1 回のセットアップで製造しました。サイクル時間はおよそ 80 % 減の約 20 分にまで短縮されました。

  • 防衛用部品

    防衛用部品

    股関節のカップ

    股関節の寛骨臼カップ (ビフォア/アフター)

GibbsCAM を使用して、Slice 社がスピードを阻む障害を取り除いたおかげで、顧客はサプライチェーンで懸念を抱えたり、プロジェクトの期限を気にしたりすることなく事業を継続できるようになりました。

「GibbsCAM なしでは、この工場をどう運用すればよいか検討もつきません。顧客のアイディアと要件を現実的で実行可能なソシューションと製品に変えることができる、高性能のソフトウェアが必要です」そして、Lah 氏は次のように締めくくりました。「私は、多機能工作機械の購入を検討中、あるいは、たとえ現在使用中のソフトウェアの変更だけを検討中だとしても、すべての方に心の底から GibbsCAM を推奨しますGibbsCAM は、他の方法では成し得ない、より多くのコンポーネントをより効率的に作成する能力を私たちに与えてくれました。」