専門家インタビュー：ExpanseMicrotechnologiesのJamesHinebaugh

材料と部品の検査は、積層造形プロセスの重要な段階ですが、それでも課題がないわけではありません。特に航空宇宙、医療、自動車産業での用途では、部品が隠れた欠陥がなく、完璧に適合していることを確認することが重要です。ただし、特に金属部品の場合、多孔性、ボイド、インクルージョンなどの問題により、印刷の成功と失敗の違いが簡単に生じる可能性があります。材料や部品の品質を検証する方法はいくつかありますが、部品自体の奥深くで問題を検出できるものはほとんどありません。

X線CTスキャン技術は、材料の検査の解決策になる可能性があります。および積層造形用の部品。 Expanse Microtechnologiesは、独自のMicroscale X線CTテクノロジーを使用して、メーカーが3D印刷用に材料、部品、製造プロセスを最適化するのを支援する会社です。 ExpanseMicrotechnologiesの社長兼共同創設者であるJamesHinebaughに、その革新的な技術が企業の製造プロセスの完成にどのように役立つかについて話を聞きました。

ExpanseMicrotechnologiesについて少し教えてください。

Expanse Microtechnologiesは、製造業者が材料と製造プロセスに関する質問に答えるのを支援する会社です。最先端の検査ツールを使用して、積層造形やその他の高度な製造分野における重要な質問に対応します。

業界では、ペースの速い研究ニーズがあります。つまり、学術研究室との研究契約が結ばれるのを待つことはできません。 Expanse Microtechnologiesは、産業界と学界の間のスペースを埋めます。私たちの目的は、特にマイクロスケールX線CTと呼ばれる技術に焦点を当てて、アカデミックラボのツールを産業クライアントに提供することです。

なぜ会社を共同設立することにしたのですか？

私たちは積層造形業界に触発されました。業界には非常に厳しい質問がありましたが、企業がこれらの質問に答えて製造プロセスを最適化するのに役立つ優れたツールは市場にありませんでした。私たちにとって、CTはソリューションです。私たちは、CTの専門知識を活用し、AMの分野に適用し、企業が製造に関する重要な質問に答えるのに役立つ、高速でありながら非常に焦点を絞ったソリューションを提供したいと考えていました。

マイクロスケールX線CTとは何ですか、またどのように機能しますか？

マイクロスケールX線CTを使用すると、高度な材料や部品の内部および外部の3D検査を行うことができます。また、ほぼ無限の数の幾何学的特徴、欠陥特性を特徴付け、部品がどれだけうまく印刷または製造されたかを判断することもできます。この種のテクノロジーには膨大な学習曲線があります。そのため、CTにあらゆる種類のサービスを提供するサービスビューローはほとんどなく、ほとんどの場合、との関係を開始した場合に見つけることができるのと同じツールを提供していません。学術研究室。

3D画像から特定の情報を抽出するために、高度な画像処理方法を開発しました。これらの画像のサイズは数ギガバイトになる可能性があるため、私たちの仕事は、クライアントが問題の場所を明確に確認できるように、この情報を消化しやすい方法で提示することです。

CTスキャンからレポートを生成します。このレポートは、この高レベルの情報とより詳細なデータへのアクセスを提供するため、パーツ内の場所と欠陥の相関関係、および形状、サイズ、およびそれらの欠陥の分布。

X線CTが製造プロセスにとって非常に重要なのはなぜですか？

CTスキャンは、他の方法では得られない3次元の情報セットを提供します。顕微鏡と同様に、ミクロンおよびサブミクロンレベルにズームインして、重要な質問に答えることができます。さらに、パーツの内部のアクセスできない機能に関する質問に答えることができます。そうしないと、パーツを破壊せずに行うことは不可能です。

CTスキャンを使用すると、部品の断面をはっきりと確認したり、製造したアーティファクトをテストしたりできます。これは、互いにわずか数ミクロンの距離にあるスライスを使用して、パーツを繰り返し半分にカットできるようなものです。

これにより、パーツ内で何が起こっているかを理解するために重要な多くの3次元情報が作成されます。別のアプローチは、物理的な断面積だけを取ることです。ただし、ここでは、物理的な平面の上下でどのように見えるかを推測するか、これが代表的な平面であることを期待する必要があります。 CTを使用すると、その断面だけでなく、他の何千もの断面も表示され、代表的な断面が実際にどのように見えるかを理解できます。相関関係も確認できます。たとえば、多孔性がある場合は、表面の欠陥もよくあります。これを、最初に印刷に接続したパラメータとツールパスに関連付けることができます。

説明して​​くださいあなたのソフトウェアは、市場に出回っている同様のソフトウェアとどのように異なりますか？

当社のソフトウェアはカスタム作成されています。これは、私たちがどの角度からでも問題に取り組むことができるように、私たちが出発点と答える必要のある質問を決定するための多くの自由を持っていることを意味します。

例：表面粗さの場合、CTスキャンを実行し、材料と部品の輪郭を一致させるツールを開発しています。次に、輪郭を見つけて抽出し、その輪郭の粗さを測定します。現在、CTによる表面粗さの需要はそれほど多くないため、他のソフトウェアパッケージはこれを行うように調整されていませんが、積層造形では需要があります。その需要を確認し、それに対応して、これらの質問に答えるためのツールを作成することができます。 これを実行して繰り返し可能なプロセスを作成するには、開発に2〜3週間かかります。それまでに、準備は整いました。

大規模な商用ソフトウェアパッケージでは、最初に市場からの圧力と、何かを開発してリリースする前にこれらの質問に答えることができるユーザーフレンドリーな分析パッケージを作成するのに十分な市場の可能性があることを保証する必要があります。今月のリードタイムは、数年ではないにしても、私たちにとっては、ソリューションを作成し、クライアントの特定のニーズに基づいて実装する方法を理解するのに数週間しかかかりません。

あなたが支援している企業の種類は何ですか？

私たちは、事実上、積層造形のサプライチェーン全体に取り組んでいます。たとえば、私たちは粉末メーカーと協力して、粉末をスキャンして、多孔性があるかどうか、または部品の品質と強度特性を構築するために重要な興味深い形状分布とサイズ分布があるかどうかを識別しています。

機械メーカーの場合、多くの企業は、インプロセスモニタリングまたは材料特性のローカル制御の観点から、現在の機械に特定の機能を追加したいと考えています。これには多くの反復テストが必要です。そのため、必要に応じて重要なメトリックを追跡できるように、カスタムツールを開発しています。

また、新しい粉末を扱ったり、新しい機械を試運転したり、印刷の再現性、気孔率がどこから来ているのかなどの重要な点についてよりよく理解したいサービスビューローとも協力しています。質問。

最後に、積層造形によってのみ可能となる製品を市場に投入しようとしているクライアントがいます。たとえば、医療用インプラントを作成している企業の場合もあります。1人のクライアントが、添加剤技術を使用してロケット全体を印刷しようとしている場合もあります。私たちはこれらの企業と協力することを非常に熱望しています。なぜなら、彼らは私たちが将来本当に可能にしたい人物だからです。私たちは彼らにそのコントロールを与える情報を提供したいと思っています。

これらのクライアントが直面している主な課題は何ですか？

粉末は、積層造形のこのサプライチェーン全体で重要な関心事です。何が広がり、よく印刷される良い粉末を作るのかを理解することは、企業にとって重要な関心事です。ここには、さまざまな粉末の間だけでなく、さまざまな機械でも、多くの変数があります。粉末床印刷技術全体に均一で均一な厚さと密度の粉末層を広げる必要があります。そうしないと、粉末が多すぎたり少なすぎたりして、それぞれ溶融不足や過剰溶融を引き起こす可能性があります。

1）多種多様なリコーターやプリンターとうまく相互作用できる理想的な形態、理想的なサイズ、または形態分布があるかどうか、2）介在物や粒子内多孔性などの粉末の欠陥をどのように減らすことができるかを理解することが重要です。研究によると、多くの場合、部品に閉じ込められ、印刷プロセス中に部品から逃げることができません。

もう1つの興味深い点は、より実験的なものであり、マシンですでに利用可能であるか、利用可能になる予定のすべてのインプロセス監視データをどう処理するかを知ることです。 CTは、そのデータを処理中の部分に組み込み、検査を構築する上で重要な役割を果たします。大学や機械メーカーはこの問題の解決に大きな関心を持っていますが、確かなことは、機械学習やコンピュータービジョンなどの多くの高度なテクノロジーが重要な役割を果たすことです。それは間違いなく私が注目していることであり、私たちはその研究の最前線に立つために適切なパートナーと準備し、協力しています。

カスタマーサクセスストーリーの例を教えていただけますか？

お客様の1人が医療機器を作成しています。これは、チタンで印刷された脊椎クランプに埋め込まれています。体。彼らは、積層造形によってのみ可能となる非常に革新的なソリューションを作成しました。

しかし、彼らが印刷した最初のプロトタイプは正しく機能しませんでした。パーツは、インプラントプロセス中に調整できる柔軟性を備えて印刷されるはずでしたが、堅く印刷されていました。パーツを半分にカットする場所がわからなかったため、余分な素材や、向かい合った2つの壁の表面が互いに接触しているためにプリントがどこに詰まっているのかわかりませんでした。

彼らが部品を送ってから2週間以内に、部品をスキャンして、この機械的な問題が発生している場所を特定するために必要なビジュアルを提供することができました。これにより、製造プロセスについて何を変更する必要があるかをすばやく判断できました。そして、それは、ビルドファイルを変更し、ビルドの方向をごくわずかに変更して、バインディングを作成していたポイントが不要なマテリアル接続を持たないようにするという問題でした。

非常に迅速に、彼らは次の印刷のための解決策を手に入れました。それは彼らのために開発される新しい分析ツールの大規模なセットを必要としませんでした。必要なのは、積層造形プロセスとそれらを支援するための適切な検査機能に精通している人々だけでした。そして、私たちはすぐに彼らを次の設計段階に導きました。

アディティブマニュファクチャリングはどのように進化していると思いますか？

将来、企業がAMを採用しやすくなることに興奮しています。今のところ、立ち上げて実行し、必要なレベルで早期の印刷品質を実現するのは非常に面倒なテクノロジーです。現在、参入障壁はコストだけでなく、かなりの時間のコミットメントでもあると思います。ですから、CTのスマートな使用、開発されたインプロセスモニタリング、主要な研究所がプロセスについて私たちに提供している理解などが、これらの障壁を取り除き、機械や粉末の価格を下げ、時間のコミットメントを減らすことに興奮しています。アディティブマニュファクチャリングを使用するために必要です。

さらに、現在、航空宇宙または医療を問わず、印刷される部品に関してFAAおよびFDAによる厳しい規制があります。現在、FAAによって認定および承認されている部品がある場合、その部品は、まったく同じ材料を使用して同じプリンターで変更せずに印刷する必要があります。何かが変わった場合は、ほとんどの場合、最初の1つに戻って、プロセス全体を再認定する必要があります。

マシンの品質を追跡する方法を標準化し、マシンとマシン、およびパウダーとパウダーの印刷動作を比較して、再認定プロセスを短縮する方法を提供することで、この問題の解決に積極的に取り組んでいます。したがって、5台の新しいマシンで部品を印刷する必要がある場合、元の認定作業の5倍の労力はかかりません。これがこの産業分野でより流動的な製造技術になるように、ショートカットを開発する必要があります。

最終的な考えはありますか？

私たちは、成功に貢献した2つの主要なパートナーシップを称賛したいと思います。 1つは、EhsanToyserkaniとMihaelaVlaseaが率いるウォータールー大学マルチスケール添加剤製造（MSAM）ラボです。彼らは、積層造形で何が必要かを示してくれ、AMおよびCT装置を利用できるようになりました。

2つ目は、印刷とCT検査用の標準ツールの開発に取り組んでいるThe Barnes GroupAdvisorsです。このグループは、積層造形プロセスを生産に統合する専門知識と、これに関連する品質および検査要件を持っています。 Barnes Group Advisorsは、CTが部品の製造方法と、部品の品質を長期にわたって追跡する方法を理解するための重要な検査ツールであることを知っています。

Expanse Microtechnologiesの詳細については、にアクセスしてください。 https://www.expansemicro.com