大判AMを活用することで、航空宇宙の柔軟性が高まります

Ascent Aerospace（Macomb Township、Mich。、U.S。; Santa Ana、CA、U.S。）は、世界最大の航空宇宙工具サプライヤーであり、金型、組み立て、トリム、ドリル器具に主に金属製のソリューションを提供しています。同社の金型製作の焦点は、ナセル、翼、胴体、桁、ストリンガー、フレームなどの大型の航空構造にあります。そのトリムおよびドリル固定具は、CNC機械加工、ロボット溶接、自動プレス、検査システム、およびアセンブリアプリケーションで使用されます。

2018年、同社はサンタアナのポートフォリオに大判積層造形を追加することを検討し始め、市場に出回っているシステム、材料、アプリケーションの評価を実施しました。 Ascentに典型的なサイズのツールを製造できる大判機が必要であることを認識し、2019年、同社はThermwood（Dale、IN、US）のLSAMシステムに投資しました— 10 x40フィートのデュアルガントリー/一方の端に大判プリンターを、もう一方の端にCNC機械加工機能を備えた、二重機能の押出成形ベースの積層造形セル。このシステムは、パンデミックが始まったのと同じように、2020年の第2四半期に設置されました。

Ascentのサンタアナにある複合材および積層造形のグローバル製品マネージャーであるSeanHensonは、タイミングは理想的ではありませんでしたが、Ascentは新しいLSAMをすぐに使用できるようになり、機能と利点を理解するために数か月の努力を開始したと述べています。とツール作成環境での大判AMの制限。

学習曲線とパンデミックにもかかわらず、Ascentは運用の最初の年にLSAMを通じて20以上のツールプログラムを提供しました。この作業のほとんどは、固定具、真空トリムツール、プロトタイプ、および金型の製造に集中していました。トリムフィクスチャには、Ascentは主にTechmer（Clinton、Tenn。、U.S。）のABS樹脂を使用し、20 wt-％のチョップドカーボンファイバーで補強しました。高温サイクルを必要とする金型製造アプリケーションの場合、Ascentは、ポリエーテルスルホン（PESU）またはポリエーテルイミド（PEI）のいずれかを使用して印刷し、両方ともチョップドカーボンファイバーで強化されています。 Ascentはまた、いくつかのアプリケーションで、ABSよりもわずかに優れた特性を提供し、より高い温度性能を発揮するため、ポリカーボネート（PC）で印刷されています。ヘンソン氏によると、LSAMシステムで製造された製品の約75％は室温で使用され、残りは温度サイクル用です。温度を確認する金型の中には、金型マスターであり、<200°F環境用に設計されているものもあれば、350〜400°Fおよび100psiの圧力までのオートクレーブ硬化用に設計されているものもあります。

では、LSAMの最大の利点は何ですか？スピードとコスト、ヘンソンは言います。 LSAM製の金型のリードタイムは金型の半分であり、材料費も低くなります。 「したがって、速度は非常に大きなものです」とヘンソン氏は言います。 「私たちが大判添加剤を採用した理由は、材料の堆積速度と、工具が大きいために構築できる量だけでした。非常に大きなものをすばやく作成できます。私たちのプリントは通常8時間から15時間かかります。その間、最大1,000ポンドまたは1,500ポンドの材料の重量を量ることができるツールを製造することができました。そのため、長さ13〜14フィート、高さ5フィートのフットプリントを調べており、1日以内に印刷しています。」

さらに、アセントはデュアルガントリー/デュアル機能マシンを備えているため、金型の印刷と仕上げを同時に行うことができます。 「それは二重のガントリーを持っています」とヘンソンは言います。 「つまり、システムの半分を印刷し、残りの半分を機械加工する機能があります。これらを個別に実行できるため、長さ10〜15フィートのものを印刷し、反対側で何かを機械加工することができます。同じ長さのテーブルで、これらの操作を同時に実行します。」また、ヘンソン氏は、印刷と仕上げが同じマシン上にあるため、「ルーターはプリンターが材料を置いた場所を知っている」と述べています。これにより、下流の機械加工プロセスが高速化されます。ヘンソン氏によると、適切なアプリケーションと適切な顧客のために、3D印刷は、従来の材料やプロセスよりも迅速に、完成した使用可能な製品を提供します。

欠点は？大型押出機を使用した3D印刷のほぼネット形状の側面から始めて、いくつかあります。 「私たちが行うことはすべて、後処理機械加工によるオーバービルドです」とヘンソン氏は指摘します。 「LSAMができる限り多くの素材をできるだけ早く置くために行うトレードオフは、プリントの解像度です。私たちの[押し出し]ビーズは、幅が4分の3インチを超え、高さが約4分の1インチです。印刷されたままの作品を見ると、それらのホタテを見ることができ、それらを感じることができます。これはFDMドットレイヤーで、100回爆破されただけです。そのため、温度金型やトリムツール、さらには滑らかなプロトタイプなど、あらゆるタイプの滑らかな表面の場合、特に航空宇宙用途では、より細かい仕上げを行うためにいくつかの機械加工コンポーネントが必要になります。」

2番目の課題は、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックがインバー、アルミニウム、または鋼のように動作しないという事実にあります。繊維強化材料の異方性は、熱サイクル中の金型内の熱膨張係数（CTE）が大きく変動するため、寸法仕様を満たす完成品の製造が困難になる可能性があることを意味します。 「それは私たちがデザイン側と印刷側で抱えている大きな課題です」とヘンソンは言います。 「顧客は私たちに最終的な形を与えてくれます。それから、構造的な観点とCTEの観点の両方から、ツールがどのように見える必要があるかを理解するために、少しモデリング作業を行う必要があります。」ヘンソン氏によると、Ascentは、試行錯誤、以前の印刷プログラムから得られたデータ、および顧客からのフィードバックに基づいて、設計におけるCTEの変動を調整することを学んでおり、設計機能の改善に役立てています。

ヘンソン氏によると、このコストとメリットの組み合わせ（CTEと速度およびコスト）は、LSAM機能を慎重に展開し、アプリケーション要件と成果物の期限を比較検討する必要があることを意味します。 「これは、数か月ではなく、数週間でツールを入手するための本当に良い方法です」とヘンソン氏は言います。 「しかし、トレードオフに注意してください。 Invarツールのように反応することを期待している場合、完璧なパーツを取得することはできません。しかし、多くの顧客、特に多くのR＆Dおよび開発の顧客にとって、これは迅速なツールを入手するための非常に優れた方法です。」

とは言うものの、AscentがLSAMから印刷した金型の少なくとも1つは、飛行中の航空機の製造にすでに使用されており、今後さらに確実に使用されます。そして同社は、LSAMの容量を最大限に活用し、さらに追加する必要がある日を想定しています。ヘンソン氏によると、同社の所有権は3D印刷の可能性を認識しており、その拡大された使用を大いに支持しています。