3D印刷技術を理解する

設計プロトタイプから補綴物のボディパーツまで、3Dプリントは製造に新しい可能性を生み出しています。 3D印刷機は現在、砂型鋳造からチタン製歯科インプラントやタービンブレードまであらゆるものを製造しています。上の写真のアヒル、バターカップは、ひどく変形した足で生まれたため、歩くことができませんでした。カスタムの3D印刷された義足の助けを借りて、バターカップは正常に歩くことができるようになりました。

3D印刷、または正式には「アディティブマニュファクチャリング」と呼ばれるものを詳しく見る前に、従来の、または「サブトラクティブマニュファクチャリング」と呼ばれることもあるものを調べてみましょう。プラスチックの切断に関する限り、このタイプの従来の製造は、Craftechが十分に備えているものです。サブトラクティブ製造では、プラスチックのシートまたはロッドを削り落とし、完成したファスナーを製造します。

鋼のような金属の切断には、より大きな課題があります。 私たちが鋼を切断するとき、ファスナーは通常、CNCミルでしばらく時間を費やし、そこで超硬エンドミルによって形に切断されます。機械は、厳しい公差を保持するために非常に剛性が高くなければなりません。例として、私たちの工場の1つ、業界標準による小さな工場の重量は約26,000ポンドです。それは35馬力のモーターを使用し、堅い箱の道を持っています。マシンが戦闘トリムにあるとき、それは簡単に1000分の1インチを保持することができます。スピンドルとボールねじが一定の温度に冷却され、高圧クーラントがスピンドルを通過できるため、10分の1を保持することも問題外ではなく、ガンドリルのようなことができます。そのような工場を今日購入した場合、約350,000ドルから400,000ドルの費用がかかります。その作業用封筒の高さは約20” x40” x26”です。これらの獣の1つをプログラムして実行する人は、常に最終的に同じ質問をします。なぜ、機械は金属の層を単に敷設したり、完成した部品に融合したりできないのでしょうか。それはもっと簡単ではないでしょうか？そこで3Dプリントが登場します。

3D印刷プロジェクトに取り組むときは、最初にSolidworksやInventorなどの3Dモデリングプログラムにアクセスする必要があります。 このようなプログラムで作成されたソリッドモデルや、SiemanのNXやPro-Eなどのより高価なプログラムで作成できます。 STL（ステレオリソグラフィー）形式で出力されます。 「ステレオリソグラフィー」という用語は、現代の3D印刷の言語を発明した人物であるCharles W.Hullによって1984年に特許を取得しました。この用語は、「形成されるオブジェクトの断面パターンを作成することによって、3次元オブジェクトを生成するためのシステム」として定義されます。

3D印刷の当初の目標は、非常に小さなオブジェクトを非常に正確に作成できるようにすることでした。このプロセスは微細加工と呼ばれます。ある意味で、3D印刷は、ミルやEDM機械で使用されるCNC位置決めシステムと、主に半導体グループの産業からの技術との組み合わせの成果であり、プリント回路基板上のレジストの層を乱すためにビームを使用することを含みました。 3Dフィーチャーを生成するために。この初期の3D印刷技術は、本質的にリソグラフィーでした。

LIGAプロセスなどのさまざまなプロセスが、実際の3D構造を非常に正確に構築できるようになるまで、それほど時間はかかりませんでした。たとえば、高さ70 umのハニカム構造は、厚さ8umのセル壁で構築されました。完全に機能するポンプ、ロックなどの他のアイテムもこの方法で構築されています。

これらの技術が開発されると、より大きなアイテムを生産するための準備が整いました。 ここで、マクロ印刷、またはある程度の質量のある目に見えるオブジェクトの3D印刷用に開発された上位3つのテクノロジーを調べてみましょう。

1）溶融堆積モデリング（FDM）

この方法は、実際には、ABSやその他のプラモデルを作成するために通常使用される押し出しの一種です。 共晶金属、さらには食用物質にも使用できます。 FDMを利用するマシンは比較的安価です。精度が大きな要因ではない人のための日曜大工キットもあります。一般的なFDMマシンであるMakerBotに精通している方もいらっしゃるかもしれません。

2）直接金属レーザー焼結（DMLS）

この3D印刷技術を使用してモデルを作成するには、ほとんどすべての金属合金を使用できます。ビルド後の問題は、ビームによる焼結に依存するこれらの付加的な方法の有効性の一部を鈍らせます。それは単に、モデルの粒子が、使用されている実際の金属に少なくとも適度に強度が近いように付着することを保証するために、ビルド後の硬化が必要なことです。これは、ビルド後の時間が長くなることも意味します。完全ではない結合や寸法を補うために、一部のメーカーは、加法混色技術と減法混色技術を組み合わせて完成品を製造するユニットを製造していません。エナメルで覆われた金属の歯や部分的なプレートなど、許容度の高い部品を作成するとします。金属アイテムが最初に形成されます。次に、物理的に移動する必要がなく、それが意味する精度がすべて失われると、アイテムは単にサブトラクティブ（フライス盤）ユニットにスライドし、最後の数千分の1が削除され、研磨またはその他の機械的仕上げが行われます。確かに、これは2つのテクノロジーの暫定的で厄介な融合です。最終的には、積層造形セルが各層を原子ごとに配置し、あらゆる種類の仕上げの必要性をなくします。

3）選択的レーザー焼結（SLS）

このプロセスも1980年代半ばに開発されました。金属やプラスチックを焼結することができます。一方、選択的レーザー溶融（SLM）は、焼結に依存しません。むしろそれは、完全に形成された、緻密で強い物体がプロセスを通して形成されるのに十分な高温で材料を溶かします。次に、EBM、または電子ビーム溶解があります。このプロセスは高真空で行われ、主に完全に高密度で強力なチタン部品を形成するために使用されます。それは細いワイヤーを溶かすために電子ビームを使用し、それによって金属の層の後に層を置きます。これは、最も正確なプロセスの1つでもあります。ただし、小さな金型キャビティやコアを製造するのに十分な大きさで強力なものを1つ購入すると、購入者は500,000ドル以上を取り戻す可能性があります。今日、はるかに普及しているのは、小型のデスクトップ3D押し出しタイプのプリンターです。

3Dスキャナーは、3Dモデリングと印刷に不可欠な補助手段としても言及する必要があります。 カメラとデジタイザーを1つにまとめたようなもので、オブジェクトを十分に正確にスキャンできるため、すぐにモデルに変換できます。かつて、オブジェクトの測定値を正確にスキャンする唯一の方法は、座標測定機（CMM）を使用することでした。つい最近10年前、これらのマシンのコストは10万ドルをはるかに超えていました。必要な精度が10分の1（.0001インチまたは約¼ミクロン）以内である工具製造店やその他の場所にはまだその場所がありますが、多くのモデルはこれらの新しい比較的安価な3Dスキャナーでスキャンできます。オンラインで購入するセーターが合うかどうかを見込み客に知らせるスキャナーにも誰かが取り組んでいることは間違いありません。 いずれにせよ、積層造形と3Dスキャンの分野は、現在無限の可能性を示している分野です。

これらの3D印刷機のいずれかを使用した経験はありますか？以下であなたの経験を共有してください！

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