金属3D印刷に関する6つの重要な設計上の考慮事項

金属3D印刷は増加傾向にあり、金属AMシステムの売上は2017年から80％の爆発的な成長を遂げています。金属3D印刷は、前例のない自由度を提供します。 デザイン、デザイナーとエンジニアに従来の製造方法では不可能だった、有機的な形状と軽量の構造を作成します。

ただし、金属3D印刷の可能性を最大限に引き出し、競争力を維持するには、テクノロジーが提供する設計機能を最大限に活用する方法を理解することが重要です。従来のデザインルールは適用できなくなったため、金属3D印刷のデザインには新しいアプローチが必要です。

そのため、金属部品を最大限に活用できるように、金属3D印刷に関する設計上の重要な考慮事項をまとめました。

金属部品を設計する際に考慮すべき6つのこと

1。壁の厚さ

金属3D印刷を設計する際に考慮すべき最も重要なポイントの1つは、壁の厚さです。一般的な経験則として、最小壁厚が0.4mmの壁を設計することをお勧めします。部品の肉厚が薄すぎたり厚すぎたりしないようにすることが重要です。これにより、繊細な印刷や内部応力の蓄積が発生し、亀裂が発生する可能性があります。より細かい機能も可能ですが、これは選択した金属材料とプリンタのパラメータに大きく依存します。

厚い壁の場合は、格子構造またはハニカム構造を試してみることもできます。これにより、かなりの量の材料を節約し、構築時間を短縮することができます。

2。サポート構造

金属3D印刷では、事実上常にサポート構造が必要です。必要最小限のサポートでパーツを設計するのが理想的ですが、穴、角度、オーバーハングなどの領域に必要です。サポートは、金属部品をベースプレートに固定して熱を奪うためにも使用されます。これにより、残留応力が発生する可能性があります。

水平穴など、パーツの内部領域のサポートの経験則は、角度の付いたサポート構造を設計することです。これらの構造を適用することにより、サポートとの接触面積を最小限に抑えることができ、その結果、後処理が少なくなります。

これに加えて、サポートがパーツと接触するときにテーパーが付くようにサポートを設計します。これにより、サポートの取り外しと表面のスムージングがはるかに簡単になります。軽量の管状支持構造も、取り外すのに必要な時間と労力がはるかに少なくなります。

3。オーバーハングと自立角度

場合によっては、オーバーハングのある金属部分（印刷物の突き出た部分）を設計する必要があります。大きなオーバーハング（通常は1mmを超える）には、印刷プロセス中にそれらが崩壊するのを防ぐためのサポート構造が必要になります。サポートされていない水平オーバーハングの最大長は0.5mmであり、オーバーハングをこの長さ未満に保つことが重要です。フィレットと面取りは、これらのオーバーハングを排除するようにパーツに設計できます。

長さに加えて、オーバーハングの角度も考慮することが重要です。 45度未満の角度では、通常、サポート構造が必要になります。

4。パーツの向き

必要な支持構造の量を最小限に抑えるには、パーツの向きを試すことが最善の方法です。たとえば、中空の管状フィーチャーを備えた金属部品を作成する場合、水平方向はより多くのスペースを占有しますが、垂直方向または角度付き方向はスペースを節約し、必要なサポートの量を減らします。

部品の向きを選択する際に考慮すべきもう1つの考慮事項は、下向きと上向きの表面の表面粗さが異なることです（いわゆるダウンスキンは表面仕上げが劣る傾向があります）。最高の精度で詳細なフィーチャーを作成する場合は、これらをパーツの上向きの面に向けてください。

5。チャネルと穴

金属積層造形は、従来の製造手段では達成できないチャネルと穴のある部品を製造できることで注目に値します。このような機能を設計に組み込むときは、ほとんどの粉末床プロセスの最小直径が0.4mmであることを考慮してください。直径10mmを超える穴とチューブには、支持構造が必要です。

さらに、完全に丸い水平の穴は、3Dプリントの課題です。このような形状を、自立型のティアドロップまたはダイヤモンドの形状に再設計することを検討してください。

中空の金属部品には、溶けていない粉末を除去するための逃げ穴が必要なため、推奨直径2〜5mmで、これらを設計に含めるようにしてください。

6。トポロジーの最適化とジェネレーティブデザイン

アディティブマニュファクチャリングを使用して複雑な形状を生成できるため、トポロジーの最適化とジェネレーティブデザインに最適です。トポロジー最適化は、数学的計算を使用して部品の形状と材料分布を最適化することを目的としています。一方、ジェネレーティブデザインは、自然のデザインパターンに触発されており、エンジニアがソリューションのすべての可能な要素を探索できるようにします。これらのツールを使用することで、設計者とエンジニアは3D印刷によって提供される設計の自由度を最大限に高め、機能的に最適化された、丈夫で軽量な金属部品を作成できます。

金属AMを最大限に活用するための設計パラダイムのシフト

金属3D印刷の設計は、金属AMの技術と材料の可能性と限界、および設計への新しいアプローチに関する知識を必要とするため、意味のある偉業ではありません。ただし、設計プロセスの最初から設計ガイドラインを検討して統合することで、企業はコストと材料の無駄を最小限に抑えながら、最終的な金属部品の製造を最大限に成功させることができます。

金属3D印刷の詳細については、包括的な情報をご覧ください 金属3D印刷のガイド およびDMLSの概要。