ハードウェア、材料、ソフトウェア：3Dプリントの成功の3つの柱

積層造形操作を成功させる秘訣は何ですか？

これは、付加的な製造がますます最終部品の生産に移行するにつれて、多くの業界の利害関係者によって提起された質問です。 3D印刷は、特に過去10年間で長い道のりを歩んできましたが、対処する必要のある主要な課題が残っています。

3Dプリントの成功の3つの柱

AM操作を成功させる秘訣は、次の3つの重要な領域にあります。

1。ハードウェア
2。資料
3。ソフトウェア

これらの要素は、産業用3D印刷の3つの柱と呼ばれるものを構成します。これは、テクノロジーの最終生産への移行が、これらの各分野での継続的な進歩にかかっているためです。

そうは言っても、これらの各分野で直面している課題と、それらに対処するために取られている手順を見てみましょう。

第1の柱：ハードウェア

間違いなく、今日の産業用3Dプリンターは、1980年代の初期のシステムとはかけ離れています。それらはより速く、より信頼性が高くなり、ますます、製造業者は生産を視野に入れて産業用3Dプリンターを開発しています。

精度と再現性

しかし、積層造形が最終部品の生産で真に実行可能になるためには、プロセスの再現性と精度を100％確保するように機械を開発することが不可欠です。

積層造形に関しては、同じ部品特性を維持するために、最終部品を同じパラメータで製造する必要があります。これに対する3つの重要な要素は次のとおりです。

• 向き
• 位置
• パーツの配置（プリントベッド内の他のパーツとの関係）

それでも、信頼性と精度はハードウェアメーカーにとって継続的な課題です。現状では、多くの産業用3Dプリンターは、特に金属の場合、信頼できる部品を100％作成できるほど微調整されていません。確立された従来の方法と比較すると、これはAMが価値のある代替案を提示するために解決する必要がある問題領域です。

さらに、3D印刷プロセスでは、多くの場合、異なるプロパティを持つパーツが生成されます。この問題は主に、厳密に制御および監視する必要のある多数のプロセスパラメータに起因する可能性があります。この複雑さに対処する1つの方法は、最終部品の生産の品質と再現性を保証する閉ループフィードバック制御システムを開発することです。

Velo3Dは、このような閉ループシステムを3Dプリンターに組み込んだ会社です。米国を拠点とするメーカーは最近、統合された現場プロセス計測のおかげで優れた部品間一貫性を提供すると言われている金属粉末床サファイア機を発売しました。これにより、閉ループの溶融池制御が可能になり、変形の可能性と部品間のばらつきが減少します。

速度とスケーラビリティ

印刷速度とスケーラビリティに関連する問題により、3D印刷システムの大量生産の可能性が制限されます。しかし、ここでも、ハードウェアメーカーはこの問題を克服しようとしています。 HPを例にとると、このメーカーは、プラスチック部品のAM生産を拡大することを目的として、昨年、Multi JetFusionシステムを発売しました。現在までに、約350万個の部品がMJFマシンで生産されており、そのうちの半分は最終用途向けです。

HPは最近、金属の最終部品生産に入る計画を発表しました。今年初めにメタルジェット機をデビューさせました。この機械は、同等の金属バインダー噴射およびSLM機械よりも最大50倍の生産性を約束します。また、認証基準を満たすことを視野に入れ、ASTM国際規格に適合したステンレス鋼部品を製造できると言われています。

第2の柱：材料

材料は、産業用3D印刷の第2の柱を構成します。繰り返しになりますが、この分野ではすでに多くの進歩が見られ、金属、ポリマー、さらにはセラミックにまで及ぶAM互換材料の範囲があります。ただし、コストと標準化に関連する重要な課題は、依然として克服する必要があります。

高コスト

従来の製造方法と比較した場合、積層造形がコスト競争力を維持できるようにする必要があります。それでも、高い材料費はメーカーが直面する主な課題の1つです。

ここで、おそらく最も必要なのは、より優れたコラボレーションです。 Ultimakerはその一例です。オープンソースのデスクトップ3Dプリンターメーカーは、いくつかの世界的な材料会社とのコラボレーションを発表しました。

AMFGとの最近のインタビューで、Ultimaker NorthAmericaの社長JohnKawolaは、コストを削減するために競争を激化させる必要があると繰り返し述べています。射出成形の場合は1ポンドあたり3ドルですが、1ポンドあたり約50ドルです。それは桁違いです。しかし、時間の経過とともに、競争が激化し、開発が進み、生産に目を向けるにつれて、そのギャップは縮まり始めます。」

標準化

もう1つの課題は、3D印刷の標準がないことです。これに関連するのは、AM固有の資料の現在のポートフォリオです。プラスチックは比較的確立されていますが、業界は、特に金属やセラミックに関して、より大きな材料の多様性を待っています。たとえば、金属用の多くの合金グレードは入手できないか、積層造形用にまだ開発されていません。さまざまな業界の要件に適合したAM材料のポートフォリオを拡大することで、最終的には業界全体でより幅広いアプリケーションが可能になります。

標準開発組織であるASTMインターナショナルは、これに対処するために取り組んでいるいくつかの組織の1つです。この組織は、他のイニシアチブの中でもとりわけ、金属粉末の標準の開発に重点を置いて、多くの主要な業界プレーヤーと提携して、アディティブマニュファクチャリングセンターオブエクセレンスを立ち上げました。

AMスペースに参入する材料会社の増加は、材料の多様性の課題にも取り組んでいます。これらの新しいプレーヤーには、特に高性能の熱可塑性プラスチックと軽量の金属に関して、新しい材料が提供されます。

第3の柱：ソフトウェア

最後になりましたが、重要なこととして、3D印刷の3番目の柱であるソフトウェアがあります。企業は、必要な部品を製造するために3Dプリンターと材料を用意している場合がありますが、製造プロセスの管理が合理化され、効率的であることをどのように保証できますか？施設、部門、チーム全体の完全な可視性をどのように確保しますか？

ワークフローの管理

ここで、ソフトウェアが独自に登場します。実際、デジタルテクノロジーとして、3D印刷は、製造プロセスの各要素を推進するためにソフトウェアに大きく依存しています。

OEMおよびサービスビューローにとっての主要な課題の1つは、添加剤の生産に必要な特定の要件を処理できる適切なソフトウェアシステムがないことです。 AM生産には、サブトラクティブ製造（CAD設計、分析など）に必要のないステップが含まれるため、標準のPLMまたはERPシステムでは、要求、CAD操作、およびその他の必要なアクティビティを処理するのに十分ではありません。現状では、大多数の企業は、最終的には相互に通信しないさまざまな機能のために構築された個別のソフトウェアパッケージを使用して立ち往生しています。これは、効率と可視性の両方に悪影響を及ぼします。

幸いなことに、ワークフロー管理ソフトウェアの重要な開発により、この分野で大きな進歩が見られます。このようなソフトウェアは、最も基本的な機能を備えており、着信要求管理などの手動のクライアント向けタスクの自動化を支援します。ただし、AMFGのようなソフトウェアは、最大限に活用することで、ビルドの準備やマシンのスケジューリングなどの本番タスクを自動化し、リアルタイムの本番メトリックと洞察を提供することもできます。

ワークフロー管理の他に、シミュレーションソフトウェアは、業界が直面している現在の課題の多くを解決するのにも役立ちます。たとえば、シミュレーションを使用して3D印刷プロセスを予測および分析すると、すべてのパラメーターが最初から正しいことを確認することで、コストのかかる試行錯誤のアプローチを防ぐことができます。

機械制御

おそらく最大の問題領域の1つは、生産施設のAMマシンに直接ストリーミングして通信する機能にあります。これの利点は明らかです。マシンをリモートで制御したり、リアルタイムで容量を評価したりできることなどです。ただし、大多数のマシンは直接通信を念頭に置いて開発されていません。 3D印刷が最終部品の製造方法になるためには、ハードウェアメーカーはソフトウェア開発者と協力して、マシンがそのような統合に対応できるようにする必要があります。

3Dプリントの課題を克服する

過去10年間で、積層造形はハードウェア、材料、ソフトウェアの革新全体で重要なマイルストーンに到達しました。しかし、製造方法として3D印刷を確立するための鍵は、1つの成功ではなく、3つの柱すべての成功にあります。

これは、ハードウェアと材料の側面ですでに見られており、生産用に開発された新しいAMシステムと材料のコラボレーションが発表されています。ソフトウェアの面では、AMFGは、付加的な生産のためにプロジェクトと生産の管理が自動化されるように取り組んでいます。

明確なことは、業界がより緊密に協力して真のソリューションを開発し、テクノロジーの生産へのシフト。全面的な課題の克服に焦点を当てることによってのみ、業界が主流の採用に向けて継続的な成長の道を歩み続けることを保証できます。