金属添加剤の設計:4 つのヒント

金属アディティブ マニュファクチャリングは、それが可能にする新しいことに刺激的です。燃料効率の高い航空機用の軽量部品の作成や、特注の医療用インプラントで患者の生活を改善するのにすでに役立っています。市場も成長しており、アナリストは金属添加剤が今後 10 年間で 2,280 億ドル相当の部品を生産すると予測しています。

金属添加剤の可能性は明らかですが、金属添加剤の設計には学習曲線が急勾配であるため、実現は必ずしも容易ではありません。製造業は、サブトラクティブ レガシー プロセスのように機能的な知識を何十年も蓄積していません。さらに、金属添加剤の設計には、ポリマーベースの添加剤の設計とは異なる一連のルールがあります。

金属アディティブ デザインに慣れるには、時間と労力がかかります。当社の Fast Radius のアプリケーション エンジニア チームは、このテーマに関する豊富な直接知識を持っています。始めるのに役立つように、金属添加剤の上位 4 つの設計ルールをまとめました。

1.素材セットを理解する

金属付加プロセスは、使用する高密度化プロセスに基づいて、2 つのカテゴリに分類されます:融解または固体高密度化による溶融/凝固です。核融合ベースのプロセスは、材料を結合する方法で従来の溶接に似ていますが、固体プロセスは従来の焼結に似ています。各アディティブ プロセスに使用される材料は、従来のアナログで使用されるものと同様であり、一般的に同じタイプのアプリケーションに適しています。多くの重複があります。たとえば、どちらの方法でも同じ系統のステンレス鋼を使用します。ただし、使用するテクノロジーによって素材の挙動が異なることに注意してください。

プロジェクトに適した方法を選択するときは、利用可能な材料の種類だけでなく、印刷プロセスが最終部品の特性にどのように影響するかを評価する必要があります。幸いなことに、場合によっては、要素を統合したり、複雑な形状を作成したりして、アディティブ デザインを活用して、従来のプロセスでは要件を満たさない材料でパーツを作成できる場合があります。

2.後処理の計画と設計

金属添加剤は扱いにくい場合があります。パーツが完全に印刷されているように見えても、後処理の設計を怠ると失敗する可能性があるため、特別な予防措置を講じる必要があります。多くの金属添加剤プロセスには粉末が含まれるため、粉末を除去するように設計する必要があります。そうしないと、熱処理中に粉末が凝集したときに失敗するリスクがあります。場合によっては、特に中空パーツを作成する場合、設計に穴を追加して粉の排出を促進する必要があります。

パウダー ベッド メタル アディティブ テクノロジーを使用すると、パーツはビルド プレートに強力に結合するため、除去する必要があり、設計上の課題が生じる可能性があります。たとえば、ワイヤ EDM はプレートからパーツを分離するための適切なオプションですが、パーツを取り外したときにパーツが損傷しないように固定具を設計する必要がある場合があります。通常、金属添加剤で作られたパーツは、プリンターから取り出した後に最終要件を満たすように調整する必要があるため、デザインで後処理を考慮してください。

3.デザインを自立させる

一般的に言えば、付加的な設計を行う場合は、オーバーハングとサポート構造への依存を最小限に抑えることを常に目指す必要があります。この推奨事項は、金属にとってさらに重要です。メタル アディティブ プロセスではレイヤーを互いに重ね合わせる方法が原因で、ビルド プレートに対する角度が小さすぎると、オーバーハングの形状が崩れたり、仕上げが不十分になる場合があります。サポート構造は、材料を浪費し、その除去によって部品の安定性と仕上げが損なわれる可能性があるため、オーバーハングの問題に対する理想的な解決策とは限りません。

オーバーハングがいつサポートを必要とするかを判断するための一般的な経験則はありません。それぞれの金属付加技術は異なり、さまざまな角度でオーバーハングをサポートできます。各方法でサポートされるオーバーハングは、設計のプロセスを選択する際の重要な決定要因になるはずです。

4.金属添加剤のスキルセットを準備する

金属添加剤はまだ採用の比較的初期の段階にありますが、市場は急速に成熟しています。専門知識を今構築することで、ビジネスの将来性が保証され、テクノロジーがより利用しやすくなるため、競争上の優位性が得られます。

しかし、専門知識は簡単ではありません。ここで概説したように、金属添加剤の設計には、従来の製造やポリマーベースの添加剤の設計とは異なるスキル セットが必要です。 Fast Radius のような経験豊富な製造パートナーは、アプリケーションに適したテクノロジの選択、金属積層造形の設計の準備、部品の正確な製造を支援します。このプロセスを完了すると、金属添加剤が既存の製品をどのように改善し、まったく新しい製品を生み出すことができるかがわかります。

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