金属3D印刷における独自の課題と解決策
金属3D印刷には、実用的な課題と機会がないわけではありません。障害が発生する可能性のある場所と、それらに対処する方法をより深く理解します。さらに、市場の方向性を変える可能性のある新しいテクノロジーについて学びましょう。
金属3D印刷の未来が到来しました。その参入価格は、逆風を生む可能性があります。製造業の大物はこの分野にかなり深く関わっています—そして彼らは小さな専門店の助けを必要とするかもしれません。 3Dとメタルを一緒に採用するには何が必要ですか？初心者のために、新しいエンジニアリングアプローチを採用し、金属粉などの新しい材料に慣れること。
SpaceXはそれを使って重要な部分を構築します。 NASA、ボーイング、ロッキードマーティン、GEアビエーションもそうです。これらのメーカーやその他のメーカーは、都市から都市へと私たちを運ぶ航空機、宇宙船を地球に近い軌道に運ぶ宇宙船、小惑星帯に赤いテスラロードスターを発射するロケットで使用するための3D印刷金属部品です。医療会社はまた、人工股関節置換術用の3D印刷されたインプラントと、事故の犠牲者のための頭蓋骨修復プレートを使用した積層造形ゲームに参加しています。自動車や消費者向け製品も並んでいます。
これらの主要な航空宇宙企業の1つに下請け業者である場合は、この複雑なテクノロジーに伴う課題をすでに理解しています。これは、私たちの生涯で従来のまたは多くのCNC機械加工および製造プロセスに取って代わるものではありませんが、利用可能な製造オプションの展望を変えています。
数字を見てください。市場調査員のIDTechExは、3D金属印刷が2028年までに120億ドルの業界に成長すると予測しています。これは、2018年の約25億ドルから増加しています。2016年のEYの調査によると、調査対象の企業の52％が他のすべての材料よりも3D印刷で金属を選択しています。 。次に近い材料であるポリマーは、需要の31％を獲得し、6％がセラミックの印刷を望んでいました。
「企業は、貴金属、チタン、工具鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金から製品を印刷できるため、[金属]を選択します」とEYはレポートで述べています。 「すでに金属3D印刷を使用している企業の中で、航空宇宙企業と自動車企業の2つの業界の企業がリストの上位にあります。これらの企業の65％は、金属3D印刷を使用しています。この高い比率は、これらのセクターの製品に含まれる金属部品の数が非常に多いためです。」
金属の3Dプリントされた部品とコンポーネントを待ってクリーンアップする準備をしてください
3D印刷ビジネスに飛び込む前に、準備をしてください。当たり前のように聞こえるかもしれませんが、この方法で部品を構築することは、アルミニウムのブロックをくり抜いたり、コバルトクロムシャフトを回転させたりするようなものではありません。ツールはレーザーで、材料は金属粉の山で、固定具は平らな金属板です。プログラムをロードし、サイクル開始を押します。数時間または数日後、部品の準備が整います。ほとんど。
摩擦は次のとおりです。金属3D印刷の構築速度は、機械加工に比べて氷河的に遅いだけでなく、部品が処理されたときに必ずしも完成しているとは限らず、完全に正確でもありません。直接金属レーザー焼結、電子ビーム溶融、選択的レーザー溶融のいずれであっても、粉末床溶融法を使用した一般的な公差は約+/- 0.005インチで、表面仕上げはインベストメント鋳造に匹敵します（最良の場合は約125 Raの図）。 ）。これは、通常、重要な表面、ボアホール、カットスレッドなどをクリーンアップするために機械加工が必要であることを意味します。
さらに、粉末床溶融には、処理中にワークピースを支持するための足場などの構造が必要です。つまり、これらのサポートを取り外すには、研削、ビードブラスト、追加の機械加工が必要になる場合があります。
3Dが影響を与えた理由と方法について、より基本的な背景が必要ですか？ 「製造業における3Dプリントの事例」をご覧ください。
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暑い：金属への3Dプリントストレス
考慮すべき熱応力もあります。レーザーと電子ビームは、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼、コバルトクロム、工具鋼、およびその他の数十の合金の粒子を、2,700度を超える可能性のある融点まで加熱します。各層が完了すると、新しい粉末が追加され、プロセスが再開されます。ご想像のとおり、この繰り返しの加熱と冷却により、ビルドプロセス中に制御し、ビルド後に熱処理によってアニールする必要のある大きなストレスが発生します。
それについて考え、管理することはたくさんあります。さらに、3D印刷戦略を追求する人は、スケーラビリティ、モデリング、レイヤリング、およびシミュレーションを検討する必要があります。
スケーラビリティ
ごく最近まで、最大の3D金属プリンターはトースターを印刷するのにかろうじて大きかった。今日、市販の機械はカヌーのサイズの部品を製造し、1時間あたり20ポンドの金属を堆積させることができます。どのサイズのマシンが必要ですか、どのテクノロジーが最適で、予算はどのくらいですか？学習曲線を除いて、100万ドル以上かかることがわかります。
モデリング
添加剤メーカーが直面する最大の障害の1つは、部品の設計です。エンジニアは、このテクノロジーで成功するためには、異なる考え方を学ぶ必要があります。つまり、以前は製造できなかった複雑な形状や「有機的な形状」を採用することを意味します。もちろん、機械工と製造エンジニアが、やってくる奇妙な形の部品を固定する方法を理解する必要があります。
レイヤリング
設計が承認されたら、3Dプリンターのプログラマーまたはオペレーターは、サポート構造を設計し、部品を配置および構築するための最良の方法を決定する必要があります。幸いなことに、この目的のために設計されたソフトウェアプログラムはたくさんあります。このタスクは、かつてほど難しくはありません。
シミュレーション
ベッドは粉末で満たされ、ビルドプレートはきれいで、金属はすぐに溶けます。ただし、ボタンを押す前に、ソフトウェアシミュレーションを使用してビルドプロセスを評価することが重要です。これは、熱応力が醜い頭を後ろに向ける可能性のある領域を特定し、支持構造が必要な（または不要な）場所を検出し、既存の部品設計が3D印刷に適しているかどうかを確認するのに役立ちます。
3Dプリントされた金属、新しい友達、ポリマーに会いましょう
3D金属印刷の世界では、少なくとも今のところ、粉末床融合が最高の地位を占めています。いくつかの新しい技術が粉末床の領域に浸透しており、溶射と押出しのアプローチにより、低コスト（500,000ドル以上ではなく120,000ドルの範囲）、精度の向上、ビルド速度の大幅な向上が約束されています。これらの1つは、「インク」がポリマーバインダーと混合された金属粉末でできていることを除いて、インクジェットプリンタとほとんど同じように機能します。
部品は、焼結のためにオーブンに入れられる前に「グリーン」状態で構築されます。これは、数十年前の金属射出成形プロセスとは少し異なります。それは同じ金属粉末を使用しているので、他の添加剤粉末ほど多くの冶金学的精査を受けません。また、すべての金属3D印刷技術と同様に、完全に高密度の部品を製造します。
一部の新しいポリマープリンターで使用されている「バインダージェット」テクノロジーと同様に、ビルド速度は競合製品よりも10倍から100倍速いと報告されています。機械のコストは、粉末床またはハイブリッド工作機械の数分の1です。支持構造はほとんど必要なく、使用するものは焼結後に簡単に外すことができます。また、レーザー光はなく、バインダー材料を硬化させるためのUVのみであり、金属は、オフィスワーカーなら誰でも知っているプリンター対応のカートリッジで供給されるため、健康と安全に関する懸念ははるかに少なくなります。
「最終用途の部品を作るために金属3D印刷を採用することは、一部の機械加工企業が取ったステップですが、それはどこの店でもできることではありませんでした」と、ModernMachineShopの編集長であるPeterZelinskiは述べています。記事「低コストの金属AMの到着？」 「現在、低コストの金属3D印刷は、ショップが金属部品に加法混色法と減法混色法の両方を日常的に採用することを意味するかもしれません。また、添加剤に適した金属部品の範囲が拡大する準備ができていることを意味する場合もあります。」
金属3D印刷やその他の積層造形プロセスの経験はありますか？あなたとあなたのお店はどうでしたか？
産業技術