重要な部品の製造に関する重要な考慮事項

重要な部品またはコンポーネントとは、故障または損傷した場合に、アプリケーションのパフォーマンスに壊滅的な影響を与えたり、エンド ユーザーの安全を損なう可能性があるものです。このため、重要な部品は厳格な規制基準の対象となることが多く、一部の業界では、ユーザーや消費者の安全を最大化しながら、デバイスやアプリケーションの最適な機能を保証するように設計された市場固有の要件があります。

重要部品の例としては、航空宇宙産業の地上支援機器があります。航空機の地上での移動や整備を支える部品です。地上支援機器は飛行に不可欠なコンポーネントと直接相互作用し、業界の厳しい機械的および安全規制を満たす地上支援機器の必要性を強調しています。適切に設計および製造された場合、技術者はこれらの部品を現場で安全かつ自信を持って使用でき、固有の信頼性が保証されます。

重要な部品の製造業者は、業界固有の規制に準拠した信じられないほど正確な部品を一貫して作成することが期待されていますが、これは多くの場合、高い生産コストと長いリード タイムに関連付けられています。

しかし、アディティブ マニュファクチャリング技術の発展により、エンジニアが重要な部品を設計および製造する方法が変わり始めています。実用的で高品質の重要な部品を作成するには、多くの要因があります。この記事では、そのうちの 3 つ (工学設計、製造プロセス、材料) に触れます。

製品設計に関する考慮事項

重要な部品やコンポーネントの設計を最適化するには、考慮すべき要素がいくつかあります。これらには、部品が使用される業界、アプリケーション、および環境が含まれます。予測可能な誤用の可能性。エンドユーザーのトレーニングと期待。

まず、業界とユースケースを知ることで、製品設計者は特定の要件に備えることができます。たとえば、医療業界は、重要な部品の使用と、これらの部品を作成するために許可された実行可能な材料に関する厳格な要件に従います。その他の物理的および化学的考慮事項には、耐湿性レベルや、部品を特定の化学薬品で滅菌できるかどうかが含まれます。

業界に精通し、意図した環境で製品がどのように機能するかを理解することで、エンジニアは部品設計を最適化する方法についてより良い感覚を得ることができます。

これは、部品が耐えることが期待される荷重と圧力、およびそれらの荷重が適用される頻度にまで及びます。パーツが疲労する可能性がある場合、エンジニアはパーツのライフサイクルを考慮して、それに合わせてソリューションを調整する必要もあります。

エンドユーザーも重要な要素です。たとえば、消費者製品は、訓練を受けた担当者向けのものよりも直感的な設計を要求する傾向があります。最終用途に関する知識により、エンジニアはリスク評価を実行して、部品が意図されていない方法で使用される可能性があるかどうか、および予見可能な誤用に関連するリスクを判断できます。

製造プロセスに関する考慮事項

アディティブ マニュファクチャリングに関する一般的な誤解は、アディティブ マニュファクチャリングはプロトタイピングにのみ有効であり、実行可能な生産部品の作成には有効ではないというものです。ただし、多くの場合、重要な部品の製造に関しては、従来の方法よりも簡単かつ効率的に部品を作成できるアディティブ法の方が適しています。

たとえば、組織や血液のサンプリング、医薬品の分配、または少量の液体の投与を含むマイクロフルイディクスの医療分野を考えてみましょう。この部門は、この種の流体移送を可能にするコンポーネントに依存しています。これは一般に、従来の製造モードでは作成できません。

これらの製品は、射出成形とマイクロ射出成形を使用する複雑でコストのかかる金型プロセスであるため、積層造形で製造されることがよくあります。これらはどちらも、アディティブ マニュファクチャリングが 1 日でできることを達成するのに数週間または数か月かかることがあります。

このようなケースでのアディティブ マニュファクチャリングは、テスト サイクルを加速し、市場投入までの時間を大幅に短縮します。さらに、射出成形金型のコストは簡単に 10 万ドルにもなりますが、積層造形法は 1 ユニットあたり 100 ドル未満の低価格を約束します。

多くの重要なコンポーネント アプリケーションでは、少量で正確な機能を使用する必要があります。従来の方法でこれらの部品をプラスチックで作成しようとすると、エンジニアは非常に高い精度で部品を機械加工するか、プラスチックを注入する金型を作成する必要があり、どちらも生産コストが増加し、スケジュールが長くなります。

一方、アディティブ法では、金型を使用せずに重要な部品を製造できるため、金型が最小フィーチャ サイズにどのように影響するかを考慮したり、金型流動解析を実施したりする必要がありません。

素材に関する考慮事項

重要な部品の理想的な特性を特定することは、特定の用途に最適な材料を決定するための鍵です。高温に耐える必要がある部品は、ある程度の柔軟性や衝撃強度が必要な部品とは異なる材料で製造する必要があります。部品に予想される特定の応力、負荷、または外観を概説することにより、エンジニアは、用途に最適な部品となる材料または材料ファミリーをすばやく特定できます。

ここでもアディティブ マニュファクチャリングが役割を果たします。従来、ほとんどの 3D プリント プロセスでは硬質プラスチックが必要でしたが、Carbon Digital Light Synthesis™ を使用すると、エンジニアはエラストマー ポリウレタンやシリコンなどのより柔らかい材料を使用できます。これは、減衰、衝撃吸収、またはシーリングを提供する物理的に柔軟な部品を必要とするアプリケーションに使用できます。

アディティブ マニュファクチャリングによる重要部品の開発

最終的に、重要な部品とコンポーネントは 2 つの重要な要件を満たす必要があります。それは、意図したアプリケーションの要件に従って実行できること、および時間の経過とともに劣化または故障した場合でも、ユーザーに害を及ぼすことなくそうする必要があることです。

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