3Dプリントされた工具がプロトタイピングの未来をどのように形作ることができるか
製造業における3D印刷の役割について議論するとき、私たちはしばしば、積層造形が最終的に従来の技術に取って代わることができる方法を検討します。実際、AMハードウェアの多くの開発者は、CNCマシンや射出成形システムなどの直接的な代替品として、機械を効果的に販売しています。
ただし、3D印刷を使用して、CNC機械加工、射出成形、板金加工、押し出し、鋳造などの既存の技術を補完することもできます。
これは、AMシステム（DMLSなどの工業用金属技術またはFDMやSLSなどのプラスチック技術）を使用して、これらのプロセス用の3D印刷ツールを作成し、生産を加速および/または改善して、より良い結果をもたらすことができるためです。
この記事では、3Dプリントツールがプロトタイピングと少量生産の未来をどのように形作っているかを見ていきます。さまざまな種類の3D印刷ツール、3D印刷ツールが役立つ理由、および利用可能な材料について説明します。
3Dプリントツールの種類
ツーリングは、製造で使用されるさまざまな固定、サポート、または成形メカニズムを説明するために使用される総称です。部品の工具は、1つまたは複数のコンポーネントで構成でき、通常、工具鋼などの頑丈な材料で作られています。
3D印刷は、いくつかの種類の工具を作るために使用できます。ただし、一部のコンポーネントは他のコンポーネントよりも簡単に作成でき、一部のコンポーネントはハイエンドのAM機器を使用してのみ製造できます。
1。カビ
型は、部品を作るための材料で満たされる一種の中空容器です。金型製作は通常、機械加工によって実現されますが、3D印刷は、耐熱材料と組み合わせて、特定の部品で実行可能なオプションになりつつあります。
印刷された金型は、使用する前に大規模な表面研削やその他の表面処理が必要になる場合がありますが、その製造速度はプロトタイピング企業にとって大きな恩恵になりつつあります。
ドイツのAM企業EOSによると、「最も複雑な構造でも高品質で短い生産時間で生産できるということは、3Dプリントが金型製作に明らかな利点をもたらすことを意味します。」
2。ジグ
治具は、製造中の部品の一貫性を向上させるために使用される特注のワーク保持装置です。通常、切削工具の動きをガイドおよび制御するために使用されます。
3Dプリンターは、1回限りの部品のプロセスが安価であるため、ジグや固定具などのカスタムアイテムの製造にますます便利になっています。
3D印刷用の治具や固定具のメーカーは、特に印刷が社内で行われる場合、リードタイムを大幅に短縮することもできます。
3。備品
フィクスチャは、製造中、通常は機械加工中にワークピースを固定するために使用される特注のワーク保持デバイスです。治具とは異なり、ワークピースは通常、製造装置ではなく、製造される部品に固有のものです。
ジグとフィクスチャは、金属またはTPUや炭素繊維強化ナイロンなどのエンジニアリングプラスチックで3Dプリントできます。
4。押し出しダイ
ダイは、成形された開口部を備えた厚い鋼板です。押し出しプロセスでは、材料がダイの開口部から押し出され、ダイの開口部と一致する断面を持つ長いパーツが作成されます。
金型と同様に、ダイは通常、鋼などの耐熱材料で製造され、DMLSやSLMなどのプロセスで印刷しやすくなっています。
3Dプリントツールの利点
コンフォーマル冷却チャネル
射出成形などのプロセスでは、冷却チャネルを使用して溶融材料の周囲に冷却剤を注入し、均一に冷却および硬化します。これにより、成形品の反りや変形を防ぐことができます。
通常の金型では、より複雑な形状の加工が難しいため、チャネルは通常直線です。しかし、3D印刷により、コンフォーマルな冷却チャネルを作成できます。これは、部品の輪郭に沿ったチャネルであり、部品の各領域がクーラントの影響を均等に受けるようにします。
MetalAMのスペシャリストであるDesktopMetalによると、「カスタム金型のコンフォーマル冷却チャネルなど、複雑な設計と内部構造を持つ部品は、製造時間と部品あたりのコストが必ずしも設計の複雑さに依存しない積層造形に最適です。」
迅速な製造
3D印刷は高速なプロセスであり、最小限のセットアップまたは準備時間が必要です。これにより、工具の迅速な生産が可能になり、工具が破損したり変更が必要になった場合にすぐに再工具を使用できるようになります。
3D印刷された工具はまだ初期段階にあり、ほとんどのメーカー（または顧客）に支持されていませんが、リードタイムの考慮が他の要因よりも優先されるラピッドプロトタイピングではすでに重要になっています。
3D印刷されたツールは、従来のプロトタイピングプロセスを明らかにスピードアップするという理由だけで、プロトタイピングの将来に大きな影響を与えます。
手頃で効率的
特に複数のコンポーネントが必要な場合や設計が特に複雑な場合、工具は非常に高価になる可能性があります。 3D印刷は、複雑で複雑な設計を単純な設計とほぼ同じくらい迅速に製造できるため、工具のコストを削減できます。
AMは、ワークピースから廃棄物を切り取る必要がないため、材料の使用に関しても効率的です。
最終的に、プロトタイピング段階からコストを劇的に削減する回避策は、最終的にプロトタイピングプロセスでますます大きな役割を果たします。
3DプリンターメーカーのMarkforgedは、「プロセスで使用される耐久性のある工具の10〜50％のどこでも3D印刷できるメーカーを見ている」と述べています。これは、「3D印刷部品と機械加工部品は80％です。」
さまざまなプロセスに使用できます
3D印刷された工具は、次のようないくつかの独自の製造プロセスに使用できます。
最高のAMツーリング材料
工具鋼
工具鋼は、要求の厳しい製造用途に適した硬質鋼です。硬いため、正確に加工するのに時間がかかります。
ただし、一部の金属3D印刷技術では素材を印刷できるため、射出成形金型などの3D印刷アイテムの機会が生まれます。産業用AM企業のEOSは、マルエージング鋼や工具鋼1.2709など、さまざまな3D印刷可能な工具鋼粉末を製造しています。
インコネル
DMLSやSLMなどのプロセスを使用して、インコネルニッケル合金から工具を印刷できます。インコネルは高温に耐性があるため、成形や押し出しなど、さまざまな金型用途に適しています。
コンポジット
炭素繊維強化ナイロンやPEEKなどの複合材料は、ジグや固定具などの3Dプリント工具を製造する際に、高強度金属の代わりに使用できます。
エンジニアリング熱可塑性プラスチック
3D印刷会社のStratasysは、TPU、強化ナイロン、ASAなどの高性能FDM材料から特定のジグと固定具を作成することを推奨しています。
3ERPは、機械加工、積層造形、およびその他の分野で長年の経験を持つラピッドプロトタイピングのスペシャリストです。無料見積もりについてはお問い合わせください。
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