金属 3D プリントのコストに関する 5 つの誤解

Stratasys Direct Manufacturing のプロジェクト エンジニアは、次のような質問をよく受けます。パーツのサイズと形状が価格に影響を与えるのは当然ですが、3D プリント サービスのコストを変える可能性があるその他の詳細があります。金属アディティブ マニュファクチャリング (AM) について誤解があり、デザイナーやエンジニアがこの技術を追求するのを思いとどまらせることがあります。

アディティブ メタル パーツの価格設定に影響を与えるものと、費用対効果の高いパーツを確保するために何を重視すべきかについて、5 つの誤解を分析しました。

1. AM プロセスの設計

3D プリント プロジェクトでは、パーツの形状が最大のコスト要因になることがよくあります。設計によって、パーツに必要なサイズ、複雑さ、および材料の量が決まります。付加製造 (DFAM) のエンジニアリング プラクティスの設計は、AM テクノロジを使用した製造用に製品を簡素化および最適化するためにエンジニアによって利用されます。従来の製造上の制約がなければ、AM を使用すると複雑な設計の費用対効果が向上します。

さらに、3D プリント パーツの形状は、必要なサポートの数に影響し、デザインの製造に使用されるサポート材料の量は価格に影響します。自己支持角度 (通常は約 45 度以上) を備えた設計では、使用する支持材料が少なくて済み、材料費と構築時間の両方を削減できます。サポートが多いほど、部品の価格が高くなります。

パーツの向きも、必要なサポートの数に重要な役割を果たします。再配向により、サポートに必要な材料の量が大幅に削減されるため、コストが削減されます。最適な向きを決定することは、コストと部品の完全性のバランスを取ることです。たとえば、コストを節約するために XY 平面上で水平に構築すると、フィーチャの定義が失われ、サポートがトラップされ、さらに悪い結果になる可能性があります。許容範囲外に歪んでいるため、使用できない部品です。

AM 向けに設計するときは、次のことに注意してください。

• ツールの制約を心配する代わりに、3D プリントを使用して機能を設計する
• アディティブ プロセスでは、複雑さはコスト要因ではありません
• 自立する角度 (通常は約 45 度以上) でデザインを最適化します
• サポートを避けるために、内部通路にティアドロップ形状を利用する
• 建設に必要なアセンブリ コンポーネントの数を減らすためのパフォーマンスと部品統合のための設計

DMLM の設計ガイドをダウンロードして、DFAM の詳細をご覧ください »

2.金属合金材料の選択

もう 1 つの大きなコスト要因は、プロジェクトに選択する AM 金属材料です。鋳造グレードのアルミニウムから、ニッケル合金 718 のような機械的に高度な金属まで、さまざまな用途のニーズに対応するさまざまな材料があります。多くの金属は、耐薬品性、生体適合性、液体酸素適合性などの性能特性のために、より多くの費用がかかります。

超合金や高強度の金属を選択したくなるかもしれませんが、アプリケーションが適合性または機能のテストにのみ必要な場合、または部品が 1 回の操作にのみ使用される場合は、より費用対効果の高い材料を検討する必要があります。ステンレス鋼 316L やアルミニウム AlSi10Mg などの添加金属は、低コストのプロトタイプに最適であり、優れた熱特性と強度を提供します。

3.ボリュームとコストのバランスをとる

プロジェクトで少量 (通常は 1 ～ 1,000 個) が必要な場合、3D プリントは優れた製造オプションです。プロジェクトの各部分をカスタマイズすると、さらに適合します。シリアライゼーションやその他の違いによる部品の混合率の高さは、従来の製造上の制約なしで製造するための費用対効果が高くなります。少量のプロジェクトでカスタマイズを伴うツールやパターンを開発すると、非常にコストがかかります。

たとえば、Dana Piasecki 博士と彼の小さな会社である DanaMed™ は、Pathfinder™ ACL Guide と呼ばれる独自の外科用デバイスを開発しました。このツールは、膝の解剖学的構造に合わせて特別に成形されており、患者の膝のサイズと左右の膝の違いに対応するために 6 つの個別のバージョンがあります。 DanaMed は、ニッケル合金 718 の DMLM を使用してパーツを製造しました。3D プリントは、必要な量のツールをインベストメント キャスティングする場合と比較して、パーツあたり約 97% 安価であることがわかりました。

DanaMed のパスファインダーの詳細を読む »

4.二次操作と後処理

積層金属部品の製造に重要なのは、顧客の仕様を満たすために利用される後処理です。添加金属の新しい用途と材料が開発されるにつれて、後処理機能も拡張され、必要な仕上げと重要なコンポーネント機能に対応できるようになりました。一部のお客様は、3D プリントの金属部品が弱く、補強のための多くの二次操作が必要であることを懸念しています。しかし、一般に、DMLM 部品は、鋳造グレードのコンポーネントを超える機械的特性と鍛造特性で優れた結果を達成します。

Stratasys Direct は、熱処理、機械加工、アニーリングのほか、基本的なメディア ブラストまたは機械仕上げ (RA 250 ～ 350 μin) から鏡面研磨またはその他の指定仕上げまでを提供します。これらの操作は、部品の要件がより高い場合に必要になることがありますが、一部のプロトタイプまたは非構造/耐荷重コンポーネントでは、二次プロセスが必要ない場合があります。後処理が必要な場合、または全体的なコストを節約するために完成品を利用できる場合にアクセスすることをお勧めします。

DMLM パーツで利用可能な後処理の詳細 »

5.検査および品質保証業務

AM を自社の製品開発に統合し始めている企業では、付加製造された部品が厳しく精査される可能性があります。内部の懸念を和らげるために、設計者とエンジニアは、必要以上の検査と資格認定をオプトインする場合があります。 100% の検査が必要な場合もありますが、多くの場合、統計的サンプリングと重要な要因を検査に活用することで、QC 機能に関連するコストを軽減できます。

検査と資格認定は、特にプロジェクトのリード タイムが長くなるため、コストのかかる作業になる可能性があります。アプリケーションに必要な検査操作の種類をすべてのお客様が評価することをお勧めします。業界やアプリケーションの要件によっては、一部の品質検査が必要になる場合がありますが、小規模で機能的なプロトタイプの場合は、すべての検査が必要になるわけではありません。

DMLM プロジェクトを開始する準備ができたら、次の 5 つのことを念頭に置き、プロジェクト エンジニアに相談して、パーツのパフォーマンスとコストの最適なバランスを確保してください。