ハイブリッド製造技術はアディティブマニュファクチャリングの未来ですか？

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加法および従来の（減算）製造は、スペクトルの反対側に設定されることがよくありますが、これは本当ですか？製造技術が進歩するにつれて、ハイブリッド製造の利点は明らかです。アディティブとサブトラクティブの両方の製造機能を備えたハイブリッド製造システムは、業界にとって画期的なものになる可能性があります。このシナリオでは、加法混色技術と減法混色技術は、競合する方法ではなく、実際には互いに大きく補完し合い、強化されたワンストップ製造のさまざまな機会を開くことができます。

ハイブリッド製造とは何ですか？

サブトラクティブテクノロジーとアディティブテクノロジーを一緒に使用することは、新しい概念ではありません。 たとえば、3D印刷部品の後処理では、通常、CNC機械加工を使用して、より高い精度とより滑らかな表面仕上げを実現します。ただし、両方の方法を組み合わせて、ハイブリッド製造と呼ばれる別の方法もあります。

ハイブリッド製造とは、加法と減算の組み合わせを指します。同じ機械内の製造プロセス 。

ハイブリッド製造は、両方のテクノロジーの最も価値のある機能を活用します。それは、積層造形の幾何学的な複雑さと減法混色法の高精度です。これは、部品を1回の操作で追加的に作成および機械加工できるようになると、製造プロセスが加速されることを意味します。

もちろん、これは、ハイブリッドコンポーネントの設計は、加法および減法の両方の製造要件を考慮して行う必要があることを意味します。

両方の長所を組み合わせる

ハイブリッド製造システムの用途の1つは、金属部品の少量生産です。 この目的で製造された機械は、通常、3D印刷などの付加機能が追加されたCNCフライス盤システムを使用します。たとえば、ノズル。

金属3D印刷による設計の複雑さにもかかわらず、金属部品は、部分的に粗い表面仕上げを克服するために、大規模な後処理を必要とします。また、複雑な形状の製造に関してはCNC機械加工は限られていますが、高度な精度を提供します。

Imperial Machine＆Tool Co.は、ハイブリッド製造技術を開発した1つの会社です。ここでは、AMシステムを使用して複雑な最終用途の金属部品を製造し、寸法精度を高めるためにCNC機械加工を行っています。

ハイブリッドテクノロジー–市場に出ているもの

直接エネルギー沈着（DED） は、このようなハイブリッドソリューションで使用できる積層造形法の1つです。 DEDは、材料がノズルからビルドプラットフォームに堆積するときに、レーザーまたは電子ビームによって材料を溶融することによって機能します。次に、堆積した材料をCNCフライス盤でフライス盤加工して、より良い表面仕上げとより厳しい公差を実現します。または、最初にパーツをフライス盤で削り、次に追加のフィーチャーを追加で作成して、より複雑な形状を作成することもできます。 DEDテクノロジーは、大型の金属部品を製造し、主要コンポーネントを修理するための理想的なオプションです。

米国を拠点とする企業、Hybrid Manufacturing Technologiesは、2013年にAMBIT™という名前のハイブリッド蒸着およびフライス盤システムを最初に開発しました。 AMBITシステムの最も特徴的な機能は、自動切り替えプロセスを使用して、新しい部品を製造したり既存の部品を修理したりするために任意のCNCマシンに追加できる特許取得済みの蒸着ヘッドです。

ここで会社のAMBITシステムを確認してください：

DMG MORIは、ハイブリッド製造の分野におけるもう1つの主要なプレーヤーです。 LASERTEC 65 3Dハイブリッドマシンは、5軸材料蒸着ノズルを備えており、非常に複雑な金属部品の製造を可能にします。米国を拠点とするOptomecも言及する価値があります。同社は、独自のLENSテクノロジーに基づく2つのハイブリッドソリューションを提供しています。まず、最新のハイブリッド加法機シリーズ（LENS 850-Rシステム）が大型金属部品に適しており、次に、標準のCNCプラットフォームに統合できる工作機械シリーズです。

ハイブリッド製造のメリット

この種のハイブリッド製造の利点は複数あります。まず、DEDテクノロジーの高い堆積速度と、3D印刷部品の仕上げにすぐに使用できるCNCフライス盤のおかげで、金属部品製造のリードタイムを短縮でき、市場投入までの時間を短縮できます。

次に、DEDハイブリッド製造システムは、粉末床溶融プロセスで可能になるよりも大きなサイズで、高精度で高密度の金属部品を製造します。さらに、このようなシステムは通常、サポート構造を必要とせずに任意の方向に部品を構築できる多軸アームを備えています。

DEDハイブリッドシステムのもう1つの利点は、さまざまな金属を使用できることです。同じ部分で使用されます。たとえば、ハイブリッドシステムでは、ある金属のブロックを機械加工することから始めて、積層造形を使用して別の金属に切り替えることができます。多くの場合、クラッディングはこの方法で行われます。

レーザー焼結は、CNCフライス盤と組み合わせて、ハイブリッド粉末床プロセスを実現することもできます。松浦機械株式会社 はそのようなシステムの主要メーカーであり、「金属レーザー焼結ハイブリッド製造」マシンのLUMEXシリーズを提供しています。

選択的レーザー焼結と、最大20個の工具を収容できる機械加工プラットフォーム（LUMEX Avance-60）を組み合わせることにより、LUMEXシステムはその後の仕上げなしで部品を製造できます。システムに搭載されている加工スピンドルは、印刷時に内部構造に到達することもでき、高精度の部品を作成します。これは、部品が最初に印刷されてから仕上げに送られる積層造形だけでは不可能です。

松浦氏によると、このハイブリッド技術は、従来の方法に比べて金型や金型の製造コストを半分に削減できるため、金型製造業界にとって特に有益です。ただし、他の業界でも粉末床ハイブリッド技術を利用して、軽量化と機能性の向上を備えた高価値のコンポーネントを作成できます。

さらに、複雑なコンフォーマル冷却チャネルを備えた金型を追加製造してから、粉末床ハイブリッドAMマシンで加工できるため、射出成形の実行が50％速くなり、工具寿命が30％以上向上します。

アプリケーション

航空宇宙および自動車産業はハイブリッド製造技術を開拓していますが（これらの産業は通常、非常に複雑な部品の1回限りのバッチまたは小さなバッチが頻繁に繰り返されます）、ハイブリッド製造はさまざまな医療アプリケーションの実行可能なソリューションになる可能性があります。

ハイブリッド製造システムはまだ医療用途向けに開発されていませんが、医療部品の3D印刷とそれに続く機械加工は、すでに業界で広く使用されているプロセスです。しかし、ハイブリッド製造の出現により、非常に正確な患者固有の補綴物および歯科インプラントをさらに迅速かつ費用効果の高い方法で製造できるようになりました。

ただし、ハイブリッド積層造形は、修理および保守作業の分野でおそらくさらに有益です。一例は、ハイブリッド製造技術のハイブリッドシステムを使用してタービンブレードを修理したGEです。ハイブリッド製造のおかげで、タービンブレードの摩耗した機能や損傷した部品は、その表面に新しい材料を堆積させてから、正確な公差で機械加工することで修復できます。

これにより、新しい部品を最初から作成する必要がなくなるだけでなく、部品の修理に必要な手順の数も減ります。あるケースでは、ハイブリッドシステムは、電力効率を向上させる機能を追加することで、ブレードのルートフォームを変更することもできました。これは、鋳造などの従来の製造方法だけでは費用効果が高くありません。

今後の道

ハイブリッド製造はまだ開発の初期段階にありますが、製造業界に提供できるメリットは、リードタイムの​​短縮から、他の方法では作成できない複雑な部品まで、無限です。この分野では多くの研究が行われています。たとえば、ラフバラ大学は、金属およびポリマーシステム用のハイブリッドおよびマルチシステムAMと呼ばれるものを開拓しています。最終的に、ハイブリッドテクノロジーは産業のゲームチェンジャーになり、より持続可能でオールインワンの製造への道を開く可能性があります。

このように：

ハイブリッドおよびマルチシステムAM、AM自動化など：ラフバラ大学のIanCampbell教授へのインタビュー