アディティブマニュファクチャリングの設計を検討する必要がある6つの理由

アディティブマニュファクチャリングが進化するにつれて、テクノロジーの設計を最適化することは、テクノロジーの可能性を最大限に引き出すためにますます重要になっています。

複雑な形状、軽量コンポーネント、最適化された材料配分は、アディティブマニュファクチャリングが提供します。ただし、このような設計の自由度と複雑さは、積層造形用にオブジェクトを設計する方法を再考するという犠牲を伴います。

多くのエンジニアが直面する課題は、積層造形用に設計するためのまったく新しいアプローチを採用することです。従来の（減法）方法を積層造形に適用することは、両方の要件と考慮事項が大きく異なるため、本質的に非現実的です。したがって、サポート構造、後処理、さまざまな新素材など、AMの考慮事項と制限を理解することが、テクノロジーの実装を成功させるための鍵となります。

では、設計を行うことで何を達成できるかAM戦略のコア要素を積層造形するために？

1。より複雑なパーツを作成する

アディティブマニュファクチャリングは、従来の製造方法の制限を克服して、機能が向上した非常に複雑な部品を作成できます。

1つの例は、射出成形金型の従来の製造です。成形品の冷却の一貫性が低下します。対照的に、3D印刷では、冷却チャネルを再設計して、より複雑な形状または湾曲した形状を作成し、より均一な熱伝達を提供できます。これにより、冷却特性が向上し、金型の耐用年数を延ばしながら、より高品質の部品を製造するのに役立ちます。

2。最小限の材料廃棄物

3D印刷によってもたらされる新しい設計の可能性により、エンジニアは材料の分配を最適化することで軽量部品を製造でき、大幅な材料節約につながります。

これは、一部のおかげで達成できます。トポロジー最適化のような高度なソフトウェア、およびジェネレーティブデザインや格子構造のようなツール。数学的計算に基づいて、トポロジー最適化は、部品の構造的完全性を損なうことなく、部品の最適な形状を分析し、不要な材料を除去するのに役立ちます。従来の（減算）方法を使用すると、この材料は単純に切り取られます

3D印刷と組み合わせて、ジェネレーティブデザインとトポロジー最適化ソフトウェアは、シーメンスやゼネラルモーターズなどの大手企業ですでに使用されています。シーメンスはジェネレーティブデザインソフトウェアを使用して3Dプリントガスタービンブレードを開発しましたが、ゼネラルモーターズは、コンポーネント内の材料配分のさまざまなオプションを検討することにより、車両の重量を減らすことを目指しています。

3。簡略化されたアセンブリ

部品の統合は、積層造形のもう1つの画期的な設計上の利点です。従来の製造では、複数のコンポーネントを製造し、その後組み立てて最終部品を作成する必要があります。

ただし、3D印刷では、設計段階で複数の小さなコンポーネントを1つのカスタムパーツに統合できるため、パーツ全体を一度に印刷します。これにより、組み立てプロセスが大幅に簡素化され、場合によっては組み立ての必要がなくなることもあります。これに加えて、統合された部品により、追加のサブコンポーネントやスペアパーツを調達して保管する必要がなくなり、最終的に在庫とメンテナンスのコストが削減されます。

4。材料の革新

材料研究の進歩は、新しい材料の刺激的な開発につながりました。その結果、TPUフィラメントや金属超合金粉末など、機械加工や成形が困難な独自の3D印刷材料が開発されました。または、エンジニアリングアプリケーション用に特別に開発された高性能熱可塑性プラスチックを使用した3D印刷を例にとってみましょう。場合によっては、これらの高性能材料は金属部品の代わりになり、軽量でコストを節約できる代替手段を提供します。

したがって、3D印刷用の部品を設計する場合、エンジニアはより優れた新しいオプションを検討できます。熱伝導率や展性などの材料特性。これに加えて、3D印刷は、複数の材料特性（剛性や柔軟性など）または統合された絶縁および導電特性を備えた部品を設計する機会を提供します。

5。費用対効果の高いカスタマイズ

3D印刷により、追加費用なしで迅速かつ複数の設計反復が可能になり、カスタマイズの可能性が新たな高みになります。また、アディティブマニュファクチャリングはデジタルファイルから直接パーツを作成するため、製造プロセスが大幅に加速されます。これは、企業がカスタマイズされた製品をはるかに迅速かつコスト効率よく生産できることを意味します。

カスタマイズされた設計により、消費財から医療や自動車まで、業界全体でマスカスタマイゼーションが可能になります。たとえば、医療業界では、マスカスタマイゼーションは、患者のニーズに合わせて調整された3Dプリントデバイスですでに明らかになっています。このようなデバイスは、個別のブレースや補綴物から、患者の解剖学的構造に完全に一致するように設計された外科用ガイドや補聴器まで多岐にわたります。

6。最小限のサポート構造

部品の向きは、積層造形用に設計する際の重要な利点の1つです。設計段階で正しい部品の向きを選択すると、サポートの必要性を最小限に抑えながら、印刷と後処理の時間を短縮できます。多くの複雑な3D印刷部品にはサポート構造が事実上必要ですが、後処理が容易になり、時間と材料を節約できるため、サポートをできるだけ少なくして部品を設計するのが理想的です。

使用するサポートの数を最小限に抑えることに関しては、万能の解決策はありませんが、慎重に設計することで、最小限のサポートを使用しながら、パーツを方向付けて最適化することができます。構造により、後処理時間を節約できます。

AM業界では自動化のトレンドが定着しているため、新世代のAMソフトウェアを使用して、部品の方向付けとサポートを自動的に生成できます。

未来

現在、AMに直面した場合、多くの設計者やエンジニアは従来の製造業の慣習によって制限されています。 。ただし、テクノロジーが堅牢な産業ソリューションに成熟するにつれて、AMの新しいアプローチを開発することが重要になります。

このため、大学、研究機関、および企業自身が新しい教育プログラムを開発することが不可欠です。 DfAMのサポートトレーニング。この分野ではすでに多くのことが行われています。たとえば、ラフバラ大学は積層造形の修士プログラムを開始しましたが、知識を深めたいと考えている人のためのさまざまなプログラムやコースがあります。

積層造形の学位を提供する大学が増えるにつれ、次世代のAMプロフェッショナルは、特にデジタル化と自動化の分野で、AM業界に新しいトレンドを生み出すことができるでしょう。

将来的には、積層造形プロセスの設計の多くが設計の最適化、検証、プロセスシミュレーションから、自動生成されたサポートや格子構造まで、自動化されます。

最終的に、AMの設計上の考慮事項をマスターすることで、AMの真の可能性が解き放たれ、テクノロジーが製品開発。

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