アプリケーションスポットライト：3Dプリントブラケット

ブラケットはかなり単純な部品ですが、3D印​​刷で人気のある選択肢です。 1つは、3D印刷によりブラケットの最適化が可能になり、ブラケットが使用される構造だけでなく、部品のパフォーマンスも向上します。

今日のアプリケーションスポットライトでは、ブラケットに3D印刷を使用することの主な利点を探り、航空宇宙および自動車産業のいくつかのエキサイティングなアプリケーションに飛び込みます。

このシリーズで取り上げている他のアプリケーションを見てみましょう：

熱交換器用の3D印刷

ベアリングの3Dプリント

自転車製造用の3Dプリント

デジタル歯科およびクリアアライナー製造のための3D印刷

医療用インプラントの3Dプリント

3Dプリントロケットと宇宙船製造の未来

靴製造のための3Dプリント

電子部品の3Dプリント

鉄道業界における3Dプリント

3Dプリントアイウェア

最終部品生産のための3D印刷

タービン部品の3Dプリント

3Dプリントで高性能の油圧コンポーネントを実現する方法

3Dプリントが原子力産業のイノベーションをどのようにサポートするか

ブラケットとは何ですか？

ブラケットは留め具で、2つの垂直な部品を組み立てて保持し、角度を強化するように設計されています。

ブラケットは、私たちの周りのすべての構造物（建物、飛行機、車など）をまとめ、それらの構造物の強度、弾力性、完全性を大きく左右します。

ブラケットに3D印刷を使用する理由は何ですか？

ブラケットは、従来の方法を使用して製造するための非常に単純なコンポーネントです。ただし、3D印刷の登場により、エンジニアはブラケットの設計を最適化する新しい方法を模索できるようになりました。

これは、従来の製造手段では不可能またはコストと時間のかかる複雑な幾何学的形状を作成する3D印刷の機能のおかげで、大部分が可能です。

3D印刷されたブラケットの主な利点は、次のとおりです。

より迅速な生産

複雑な金属製ブラケットの製造には、通常、複数の機械のセットアップが必要であり、完了するまでに何時間もかかる場合があります。一方、3D印刷は、より高速なソリューションを提供する場合があります。その理由の1つは、3Dプリンター内に複数の部品を入れ子にして、同じマシンで複数のブラケットを同時に製造できることです。

以前に射出成形されたブラケットの場合、3D印刷により金型工具の製造のリードタイムがなくなるため、時間の節約はさらに大きくなります。

削除されたアセンブリ

一部のブラケットは複数の部品でできているため、ブラケットの組み立てに必要な時間が長くなる可能性があります。 3D印刷により、ブラケットを1つの統合部品として設計および製造できるため、ブラケットを組み立てるのに必要な労力と時間が少なくて済みます。ブラケットを単一のパーツとして3D印刷すると、パーツの全体的な強度も向上する可能性があります。

1つの例では、フィリップスは3D印刷を使用して、生産ラインでランプを所定の位置に保持する再設計されたブラケットを製造しました。部品は頻繁に故障し、主に高温に繰り返しさらされたために毎週1つか2つ故障し、4ピースのブラケットからのウェルドラインを特徴とする構造と対になりました。

フィリップスは、金属部品を単一構造のブラケットとして再設計し、時間のかかる部品の組み立てを減らし、溶接線の圧力ポイントを完全に取り除くことができました。使用してから最初の3か月間、再想像されたブラケットは一度も壊れていません。

材料廃棄物の削減

ブラケットを1つのコンポーネントとして3D印刷するプロセスでは、多くの場合、使用する材料が少なくなるため、ブラケットが軽くなります。

この軽量化は、材料の使用量の削減につながり、場合によっては、ブラケットが使用されているシステムのパフォーマンスを向上させることができます。

GEのGEnxエンジンを例として取り上げます。エンジンは、フライス盤などの従来の方法で作られたブラケットを使用していました。これは、部品が大きな金属ブロックから削り出され、その半分以上が廃棄物になってしまうことを意味します。

ブラケットに取り組んでいるチームは、パーツを3D印刷することで、無駄を90％も削減できることに気づきました。

チームはまた、ブラケットの重量を10％削減する、小さな設計の改善を実装しました。チームによると、「飛行に関しては、すべてのオンスが重要です」。これは、コンポーネントの重量を減らすと、飛行機の燃料消費率に影響を与え、それを減らして、より効率的な航空機につながる可能性があることを意味します。

別の例では、フォードのエンジニアは最近、フォードマスタングシェルビーGT500用のプラスチック製電動パーキングブレーキブラケットを3D印刷しました。これは、以前に刻印されたスチールバージョンよりも60％軽量です。

金属をプラスチックまたは複合材料に置き換える可能性

一部のアプリケーションでは、3D印刷を使用して、金属ではなくプラスチックでブラケットを製造できます。プラスチック製のブラケットは、寿命が限られている消費者向け製品や、金属製のブラケットが機能しない敏感な電子部品を備えた製品などのアプリケーションに適している場合があります。

1つの例は、通信デバイスのメーカーであるボイスです。テクノロジー。同社は3D印刷を使用して、NYCトランジットトーテムのプラスチック部品を製造しました。これらの各システムの上部には、照明用のLEDストリップと高感度アンテナ機器を収納する緑色のアクリルキャップが付いています。

アンテナ信号の乱れを防ぐために、アンテナ信号の乱れを防ぐために、その前に金属材料。これは、会社がLEDストリップのブラケットとアンテナのハウジングをプラスチックで製造しなければならなかったことを意味します。ボイスチームは、設計、エンジニアリング、製造に短期間しかかからなかったため、3Dプリントが適切なソリューションになりました。

BigRep Studioシステムを使用して、ボイスはLEDライト用の湾曲した取り付けブラケットのプロトタイプを作成してキャップを照らし、この同じプラットフォームでこれらの部品の製造に直行することができました。

これらのブラケットを3D印刷することで、アンテナの上の非金属要件を満たしながら、射出成形や機械加工よりも迅速かつ費用効果の高い方法でブラケットを作成できました。

3Dプリントされたブラケットのその他の例

航空宇宙

ボーイング787用の3Dプリントチタンブラケット

チタン合金で作られた3D印刷された航空宇宙ブラケットは、航空機の設計でより一般的になりつつあります。一例として、SpiritAeroSystemsが設置したボーイング787のアクセスドアラッチ用ブラケットがあります。

以前に機械加工されていたドアラッチフィッティングは、独自のRapid Plasma Deposition（RPD）テクノロジーを使用して、NorskTitaniumによって3Dプリントされています。名前はプロセスを説明します：プラズマアークは急速なビルドレートでチタンの制御された堆積を可能にします。この技術は、粉末ベースのシステムよりも50〜100倍高速であり、鍛造プロセスよりも25〜50％少ないチタンを使用していると報告されています。

チタン3D印刷に切り替える主な理由は、製造を減らす機会です。料金。チタンは高価であり、チタンのブロックから部品を機械加工する場合、この高価な材料の多くが無駄になります。 2番目の問題は、金属を機械加工するための大量の機械加工時間と切削工具の費用であり、製造コストを押し上げます。

ブラケットを3D印刷することにより、Spiritはこれらのコストを大幅に削減すると同時に、新しい部品の市場投入までの時間を少なくとも60％短縮することができます。

Liebherr-Aerospace3Dはエアバス用のブラケットを印刷します

航空宇宙業界の別の例では、Liebherr-AerospaceがエアバスA350XWBの前脚ブラケットの3Dプリントを開始しました。

これらのブラケットは、史上初の認定を受けます。エアバスシステムに導入された3Dプリントされたチタン部品。

Spirit AeroSystemsとは異なり、Liebherrは部品を再設計して、29％の軽量化を実現することができました。 3D印刷の使用は、コンポーネントの剛性を100％向上させるのにも役立ちました。

2019年、Liebherr-Aerospaceは重要なマイルストーンに到達しました。ドイツ連邦航空局は、AMを使用してコンポーネントを製造するための青信号を会社に与えました。 Liebherrはそれ以来、ブラケットを含むチタンシリアルパーツを3Dプリントしてきました。

自動車

BMWによって最適化および3Dプリントされたルーフブラケット

2018年、BMWは、受賞歴のある3Dプリントの金属製ルーフブラケットを備えた象徴的なi8ロードスターカーをリリースしました。

ルーフブラケットは、折り畳みに役立つ小さなコンポーネントです。車の上部を広げ、ルーフフォールディングメカニズムのパフォーマンスを最大化するために新しいデザインが必要でした。この目標を達成するために、BMWのエンジニアは3Dプリントとトポロジー最適化ソフトウェアを組み合わせました。

このソフトウェアを使用することで、エンジニアは重量、コンポーネントのサイズ、コンポーネントにかかる負荷などのパラメータを入力することができました。次に、ソフトウェアは、部品の材料分布を最適化する設計を生成しました。

エンジニアリングチームによって達成されたデザインはキャストできませんでした。チームは、この設計を可能にする唯一の方法は、金属3D印刷によるものであることを発見しました。

Selective Laser Melting（SLM）テクノロジーのおかげで、エンジニアは従来の代替品よりも10倍剛性が高く、44％軽量な金属製ルーフブラケットを作成しました。

ブガッティの軽量ブラケット

ブガッティの車両には、3Dプリントされたブラケットも多数搭載されています。 1つはフラウンホーファーIAPTと共同で製造されたチタンスポイラーブラケットです。このスポイラーは、ブガッティ車の空力設計を強化すると言われています。

スポイラーブラケットプロジェクトのもう1つのパートナーは、生産用にブラケットを最適化するのに役立ったシーメンスでした。最終的に、最終部品は1,250 MPaの引張強度、99.7％を超える材料密度、53％の軽量化を示しました。

3D印刷も、小さなものを再発明するために使用されました。ブガッティシロンスーパーカー用の統合水冷付きモーターブラケット。この部品はアクティブな熱シールドとして機能し、モーターから伝達される熱を大幅に削減します。 SLM SolutionsによってSLM280ツイン3DプリンターでAlSi10Mgで印刷された革新的なコンポーネントは、最初のブガッティシロンのリリース以来、すべてのシリーズ車両に搭載されています。

3Dプリントされたブラケット：大きなチャンスがある小さなコンポーネント

ブラケットは小さく、かなりありふれた部品であり、エンジニアが従来の製造方法に制約されていた過去には最適化が困難でした。今日、エンジニアは3D印刷の助けを借りて、最適化されたブラケットを設計し、これらの設計を実現することができます。

テクノロジーのおかげで、ブラケットをより軽く、さらに剛性と耐久性を高めることができます。上記の例は、3D印刷を活用することで、コンポーネントの寿命と全体的なパフォーマンスを向上できることも示しています。

明らかに、私たちはまだ大量3Dプリントのブラケットにはほど遠いです。とはいえ、航空機用ブラケットや少量生産のブラケットなどの特殊な用途は、今後の技術にとって優れたニッチ市場であり続けるでしょう。