複雑な形状の部品の製造について知っておくべきこと

製造の世界では、「複雑な形状」とは、アンダーカット、空洞、または複雑な内部構造などの特徴を持つ 3 次元設計の部品を指します。複雑なジオメトリは、より丸みを帯びた有機的な構造を反映する可能性があるため、鋳造、CNC フライス加工、CNC 旋削などの従来の製造方法を使用して作成することは、歴史的に非常に困難または高価でした。これらはすべて、材料を除去するためにまっすぐなツールに依存しています。

回避策は、製造後に一緒に固定される複数のコンポーネントでパーツを作成することでした。製造プロセスにおけるこれらの追加ステップにより、生産コストだけでなく、市場投入時の部品あたりのコストも急速に上昇する可能性があります。

しかし、アディティブ マニュファクチャリング プロセスは、幾何学的に複雑な部品を作成するためのはるかに効果的な手段であることが証明されています。これは、アディティブ マニュファクチャリング手法では一度に 1 層ずつ材料を追加することで部品を作成し、エンジニアやデザイナーが複雑な形状の部品 (内部空間が開いている部品であっても) を 1 つの部品として製造できるようにするためです。

添加剤によるコスト、時間、リソースの損失の軽減

アディティブ プロセスでは、材料のブロックからではなく、液体や粉末などの構成状態の材料を使用してゼロから部品を作成するため、複雑な形状の部品を効率よく、多くの場合 1 回の操作で作成できます。

そのため、現在多くの市場が付加製造に依存して、幾何学的に複雑な部品を製造しています。 FAA は 2015 年にジェット エンジンの商用利用のための最初の 3D プリント部品を承認しました。それ以来、航空宇宙産業は、添加剤の能力を利用して、ロケット インジェクター、燃料ノズル、その他の構造部品を効率的に製造し、強度を高めています。

特定の医療用インプラントやデバイスは、付加製造を使用してより効率的かつ費用対効果の高い方法で製造することもできます。人工膝関節や人工股関節などの一部の関節置換術は、複雑な格子構造を利用してオッセオインテグレーションを促進します。これは、従来の製造方法を使用して作成することは不可能ではないにしても、非常に非効率的な設計です.

空気または流体を輸送するためにチューブを必要とするデバイスも、アディティブ プロセスによって製造できます。複数のコンポーネントを 1 つの部品に組み合わせることで、余分なチューブやバルブが不要になります。このようなプロセスは、医療機器や製品の製造に必要なコスト、時間、およびリソースを削減します。

複雑な形状の実行可能な高品質の部品を製造するために、エンジニアは、製造方法、製造コスト、設計の最適化など、いくつかの重要な要素を評価する必要があります。

製造方法と費用

従来の製造方法は減法です。つまり、ツールを使用してワークピースから材料を除去し、パーツまたはコンポーネントを成形します。そのため、作成できるパーツの種類に関して固有の制限があります。

従来の方法を使用すると、材料のブロックから複雑な形状を切り取るのに必要な時間は、生産コストに直接関係します。これは、生産サイクルが長くなる傾向がある金属部品に特に当てはまります。

アディティブ マニュファクチャリング プロセスの利点は、幾何学的な複雑さが本質的にコストの増加を意味するという概念を覆すことです。実際、まったく逆です。3D プリントでは部品をゼロから作成するため、複雑な形状を製造する際に廃棄物として失われる材料が少なくなり、機械での作業時間が短縮され、製造コストが削減されます。

複雑な形状の部品の試作

複雑な形状の部品の生産における試作段階とテスト段階は、従来の製造方法で実行するとコストがかかる傾向があります。ただし、アディティブ マニュファクチャリングは多くの場合、最初から個々の製品コストを低く抑え、設計サイクル中のメーカーの制約を緩和します。

プロトタイピングの目的で従来の製造方法を使用するには、設計サイクル全体にわたって集中的な時間とコストを費やす必要があります。アディティブ マニュファクチャリングにより、設計者とエンジニアはプロトタイプをより迅速に作成し、設計機能の柔軟性を高めることができます。

アディティブ マニュファクチャリングの違い

幾何学的に複雑な部品を作成する場合、アディティブ マニュファクチャリングは、従来の方法よりも時間、リソース、およびコスト効率が大幅に向上します。アディティブ プロセスにより、ラピッド プロトタイピングとエンド ツー エンドの生産時間が短縮され、コストが削減されます。

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