ファウンドリトレンドスポッティング：3Dプリントによるラピッドプロトタイピング

ファウンドリが3Dプリンターを使用して製品を迅速に設計する方法

製品開発は、発見の刺激的なプロセスです。新製品への投資は、顧客のニーズに対する企業の取り組みを示しています。研究開発には長い時間がかかる可能性があり、モデルとプロトタイプの構築と調整を繰り返す必要があります。何が機能し、何が機能しないかを学ぶには時間がかかります。 3D印刷は、金属製品を含む多くの製品の設計を促進するための非常に便利なツールです。

なぜプロトタイプなのか

プロトタイピングは製品製造の重要な段階であり、理論設計と最終的な製品との間の大きなギャップを埋めます。これにより、製品設計者は実際のモデルを操作し、そこから学ぶことができます。これにより、最終製品に向けて改善と改良を行うことを目的として、新しいアイデアをテストして試すことができます。

新製品を設計する場合、形状と機能をさまざまな段階でテストできます。一部のプロトタイプは、サイズと外観を調べるためだけに作成されています。その他は、機能と適合性について特定の特性をテストするように設計できます。

ラピッドプロトタイピングについて知っておくべきこと

いくつかの標準的なプロトタイプがあります。伝統的に、最も基本的なプロトタイプは、職人が図面やデジタルデザインから作成した紙、木、またはフォームのモックアップです。設計の過程で、さらに複雑なプロトタイピング段階が行われる場合があります。生産実行が開始される前に、工場はテスト実行を行い、製品の品質を評価し、工場でのプロセスを評価するための生産プロトタイプを作成します。

ラピッドプロトタイピングは、最初のプロトタイピング段階の多くの有用性と効率を向上させます。職人は伝統的にモックアップを作成し、生産プロトタイプは通常カスタムツールを必要とするため、プロトタイピングは一般に時間がかかり、コストがかかります。プロトタイプをその場で印刷および調整できるため、これらの反復的な設計段階を大幅に短縮できます。場合によっては、プラスチックのプロトタイプを使用して、製造プロセスを合理化することができます。特に鋳造方法では、パターンやダイの使用が必要になることがよくあります。これは、費用がかかる可能性があり、大規模な生産で投資収益率が得られる場合にのみ正当化されます。3Dプリンターでパターンのモックアップを作成すると、設計者は次のことが可能になります。大規模な木材や金属に行く前に問題を見つけてください。

もちろん、これらのプロトタイプは実動プロトタイプではありません。この期間に金属をプラスチックに置き換えることは、チェックできない金属特性があることを意味します。 3Dプリンターでボラードをプラスチックでフルサイズで印刷することも、ユニットあたりのレベルで、鋳造するよりもはるかに費用がかかります。ただし、モデルを拡大縮小して印刷すると、設計者は調べて操作できるものが得られます。これにより生じる変更は、デジタルCADファイルを微調整してすばやく再印刷するだけです。

多くのプロトタイプは、最終製品よりも小規模および/または詳細度が低いものでも製造されています。これらは最終的な設計の一部または側面にすぎませんが、設計段階の早い段階で意思決定を行う際に役立つ可能性があります。後から改良するのにコストがかかる場合ではありません。

3Dプリンターを使用したラピッドプロトタイピング

3D印刷によるラピッドプロトタイピングでは、積層造形技術を使用しています。デジタルデザイン、つまりCADモデルは、通常、コンピューターアルゴリズムによって数分間の水平レイヤーに「スライス」され、一度に1つずつ印刷されます。

3D印刷は、70年代から80年代にかけてさまざまな形で使用されてきましたが、商業規模で役立つように進化したのはごく最近のことです。制限はありますが、テクノロジーは急速に進化しています。最先端の3Dプリンターは、さまざまなプロパティと色で複数の素材を印刷できます。直接金属レーザー焼結（DMLS）プリンターは、金属製品を印刷することもできます。

サイズの制約と3D印刷されたプロトタイプの表面品質も、長年にわたって大幅に改善されており、初期の開発段階を繰り返すため、設計者にとって特に便利です。

3Dプリントによる金属部品の作成

DMLSプリンターは、金属鋳造または作業産業に挑戦しますか？ 3D業界はダイナミックであり、ほぼ毎日新しい開発が発表されています。アムステルダムのMX3Dによる3D印刷された橋のような大規模なプロジェクトは、構造物の製造にも多くの可能性があることを示しています。しかし、この形式の印刷は、従来の金属製造と競合していません。これらの開発があっても、今後数十年で従来の金属製造を大規模に置き換えるのではなく、3D印刷が強化される可能性が高くなります。アムステルダムの橋でさえ、デッキをサポートする従来の生鋼で保護されています。

もちろん、3D金属印刷は、一般的に溶融金属を流し込んで層状にすることではありません。今日の技術は、加熱されて形にパイプされる非金属マトリックスに金属粉末を組み込むことによって金属を印刷します。一部のプロセスでは（上記のブリッジではありませんが）、金属が加熱されてマトリックスが蒸発します。

この印刷された金属は、プラスチックよりも強度が高い場合がありますが、従来の鋳造所で利用可能な幅広い合金を提供することはできません。鋼と鉄の多くの特定のグレードに必要な信じられないほど高い熱と制御された冷却条件は、あるグレードと別のグレードを達成するために作業することは、温度と圧力のトリッキーなバランスであることを意味します。さらに、鋳造物のある部分が別の部分よりも速く冷却される場合、金属ひずみが発生する可能性があり、接合部で制御する必要があります。 3D印刷は、層を順番に堆積させることでオブジェクトを構築します。一部の鉄合金に必要な従来のほぼ溶融鋼でこれが可能であったとしても、さまざまなレベルの冷却によって引き起こされる応力は、フルキャストと比較して金属の特性を根本的に変化させます。ピース。

それでも、金属プリンターで印刷される素材は、プラスチックよりもスチールに近いです。わくわくすることに、鋳造所にとって、この金属印刷技術はいつかラピッドプロトタイプの機能テストを可能にするかもしれません。たぶん、金属部品を安価に印刷して相対的なストレスをかけ、製造プロセスを微調整することができます。

今日のファウンドリのラピッドプロトタイピング

鋳造設備と技術は、何世紀にもわたる学習と開発を通じて改善されてきました。砂型鋳造により、製造業者は、金属の機械的特性を変化させる溶融状態と冷却状態での金属の挙動を大幅に制御できます。鋳造プロセスで異なる方法で処理された金属は、さまざまな形状に結晶化することができ、それぞれが追加の特性のために加工される場合があります。これは、金属鋳造を通じてクライアントが利用できる機械的特性の範囲を説明しています。

しかし、これらの鋳物のパターンを作成することは、砂に形成するために木パターンを手作業で彫ることを意味しました。これらのパターンは、金属が「溜まる」可能性のある場所なしで作成する必要があるため、冷却が遅くなり、成形品に内部応力が発生します。刻印している砂から引き抜くのに十分なほど滑らかである必要があります。印刷されたオブジェクトを作成すると、設計者とファウンドリは、プロジェクトに最も効率的で最適な形状のパターンを作成するのに役立つオブジェクトへの変更を検討できます。

インベストメント鋳造は、特に複雑な設計や表面品質が重要な場合に、大量生産に理想的な用途の広いプロセスです。インベストメント鋳造では、通常、ワックスパターンを生成するためにダイが作成され、次にコーティングされてセラミックモールドが形成されます。ワックスパターンは簡単に溶けてしまい、モールドキャビティは溶けた金属の準備ができています。

ただし、ダイの製造には費用がかかる可能性があり、設計段階の早い段階でユニットコストが大幅に増加する可能性があります。多くのメーカーが行っているのは、プロトタイプ用の3D印刷ワックスパターンであり、カスタムダイの必要性を排除しています。設計者は、長期的な生産のためのより高価なツールを使用する前に、自分の部分を確認して最終バージョンに向けて作業することができます。パターンの印刷は、短期間の制作やワンショット制作でもより経済的です。したがって、インベストメント鋳造では、3Dプリンターで最終的なパターンを作成して使用できます。

ラピッドプロトタイピング革命

3D印刷は、従来の金属製造に取って代わるものではありませんが、金属鋳造の革命です。従来のセクターは、この急速に発展しているテクノロジーの将来が従来の生産慣行をどのように強化できるかを考えるとき、想像力によってのみ制限されます。プロトタイピングで利用可能な節約により、本格的な生産に入る前に、より多くの調整と変更、追加の反復が可能になります。 3D印刷の将来がどうなるにせよ、それは確かに、顧客のために最高の製品を作成しようとしているすべてのデザイナーにとって役立つツールになるでしょう。