ジェネレーティブ設計された3Dプリント治具でFusion 360を使った部品加工

「How To Machine（加工方法）」シリーズに続き、今日は少し異なるプロセス、ジェネレーティブ設計された3Dプリント治具を使った部品加工方法を説明します。加工用に部品をどう保持するかの最良の方法を見つけるのは、プロセスの中で最も厄介な側面の一つです。Fusion 360内のジェネレーティブ設計を使用すると、これがずっと簡単になります。ジェネレーティブ設計をご存知ない方（本当に損していますよ、詳細はこちらのリンクから！）、それは障害物ジオメトリと保存ジオメトリを設定し、ソフトウェアが部品を設計するものです。ユーザーが適用できる製造制約の一つに「3Dプリント可能な結果のみ」があります。この場合、従来の技術と比較して治具の設計と製造がはるかに速くなりました。加工映像を見たい方はこちらのリンクから。

ジェネレーティブ設計治具

まず、部品を保持する治具の設計を作成しました。これにはジェネレーティブ設計ワークスペースを使用しました。障害物ジオメトリ（材料が作られない領域）を設定し、下からボルトで部品を治具に取り付けられるようにしました。同様に、治具自体をラングプレートに取り付けられるよう障害物ジオメトリを作成しました。これにより、ナット一つを締めるだけで治具を機械上で正確に位置決めできます。保存ジオメトリ（材料が作られる領域）は、治具が部品に取り付く穴の周りに設定しました。これにより、これらの穴が効果的に機能するのに十分な周囲材料で作成されることを保証します。その後、加工プロセス中に治具が耐える必要のある必要な荷重を適用しました（これらの値は以前のAutodeskプロジェクトから取得）。

ジェネレーティブ治具の結果

ジェネレーティブ設計は、指定された荷重に耐えられる複数の結果を生成します。これにより、ニーズに最も適したものを選択できます。私は迅速な試作のために治具を3Dプリントしたかったので、より軽量でプリントが容易で安価なものを選びました。Fusion 360が、より軽量でありながら要件を満たす設計を与えてくれると確信できました。下の画像は私が選んだ治具です。これをバーミンガムテクノロジーセンターのStratasys Fortus 380mcでプリントしました。材料はASA（アクリロニトリル・スチレン・アクリレート）ポリマー、層高さ0.33mmを選択。全体のプリント時間は治具あたり約7時間でした。従来の製造方法で治具を作るのに通常かかる時間を考えれば悪くありません！

セットアップ

ジェネレーティブ設計治具を使用するもう一つの利点は、複数の3+2操作をプログラミングしたにもかかわらず、ほとんどの加工を1セットアップで行えたことです。しかし、アルミニウムブロックの片側に穴を開けて治具に取り付ける必要がありました。そのため、ラングバイスを使用しました。この工具はわずか3mmのクランピングで材料を保持し、5ミクロン公差以内で再配置できます。これによりプロセスが極めて信頼性高く繰り返し可能になります。2番目のセットアップでは、ジェネレーティブ設計治具を保持機構として残りのツールパスを実行しました。

荒加工

ほとんどの材料除去に3D Adaptive Clearing戦略を使用しました。これにより、12mmエンドミルの全切削長を使用しながら、一定の工具負荷とエンゲージメント角を維持できました。これは工具寿命にとってはるかに良く、従来の荒加工より速く材料を除去できます。もう一つ言及すべき点は、荒加工中に工具が入ってほしくないモデルの特定領域にパッチを作成しなければならなかったことです。これは統合CADCAMシステムを使用する大きな利点で、プログラミングを簡素化するためにこれらを素早く追加できました。下の画像でこれらのパッチの使用例を見られます。

仕上げ加工

この部品には多くの異なるフィーチャーがあったため、複数の戦略で仕上げました。主に詳細な仕上げが必要だった領域は部品の「脚」部分です。これには8mmボールノーズ、0.1mmステップオーバーでParallelツールパスを使用しました。手作業の研磨なしで優れた表面仕上げが得られました。

AとFのシンボルには、3mmボールノーズでScallopを使用しました。これらが部品の側面にあっても、Tool Orientation（工具姿勢）を使用して容易にプログラミングできました。このオプションにより、Fusion 360で3+2ツールパスを非常に簡単に作成できます。Tool Orientationチェックボックスを有効にし、CADから直接Z軸を選択するだけで準備完了です。使用したHaas VF2にはトレニオンがあるため、この操作と他の3+2操作は非常に簡単でした。Tool Orientationについて詳しく知りたい方はこちらの投稿をお読みください。

結論

この部品の総加工時間は約2時間でしたが、ジェネレーティブ設計治具を社内で迅速にプリントできたことで、通常ならもっと時間がかかるプロセス全体が高速化されました。Fusion 360統合CADCAMにより、Generative、Design、Manufacturingワークスペースを各段階で簡単に切り替えられるため、設計から製造までのワークフロー全体が迅速かつシームレスになりました。試してみたいけどまだソフトウェアを試していない方は、こちらのリンクから無料トライアルをダウンロードできます。