金属 3D プリントと金属射出成形 (MIM) を使用する場合

商用 3D プリントのブームにより、このプロセスに関する多くの一般的な誤解が生じています。たとえば、アディティブ マニュファクチャリング プロセスではプラスチックしか使用できないと多くの人が信じています。実際には、エンジニアは金属を使用して 3D プリント パーツを作成することもできます。

金属を含むプロジェクトの場合、エンジニアは、金属射出成形 (MIM) と金属 3D プリントの両方の長所と短所をよく理解する必要があります。 2 つのプロセスを詳しく見てみると、金属 3D プリントが驚くほど幅広いメリットをもたらすことがわかります。エンジニア向けの主な違いと主な考慮事項を次に示します。

金属射出成形 (MIM)

金属射出成形 (MIM) は、プラスチック射出成形と粉末冶金を組み合わせたもので、原料の準備、成形、脱バインダー、焼結の 4 つの段階が必要です。

まず、微細な金属粉末を熱可塑性材料とワックス結合剤と組み合わせてから、小さなペレットに造粒します。次に、これらのペレットを加熱し、金型キャビティに射出します。成形後、金属粉末から結合剤が除去されて「茶色の部分」ができ、これが焼結段階に移ります。炉サイクルは通常、いくつかの段階を含みます。茶色の部分を比較的低温に加熱して残りの結合剤を燃焼させ、金属の融点に近い温度で焼結します。金属粉末は緻密化して最終製品を生成します。

アプリケーション

エンジニアは、他のプロセスでは効率的に製造できない部品、特に小型または複雑な部品を製造する必要がある場合に MIM を利用します。 MIM でパーツを作成するのに必要な金型は 1 つだけなので、このプロセスは再現性が高く、サイズ、形状、強度が均一なパーツが得られます。

MIM 部品は、自動車から航空宇宙まで、主要な商業および産業部門で幅広い用途があります。一般的な用途には、眼鏡部品のヒンジ、時計ケース、ラップトップ ヒンジ、精密医療機器などがあります。

メリット

MIM は、小型で複雑な部品を大量に生産するための効率的な方法です。完成品の表面は滑らかで、サイズの割に強度が高く、多くの場合、密度は 95% を超えます。 MIMは、粉末状に分解でき、焼結に適したさまざまな材料と互換性があります。これらは主に鋼です。

制限事項

残念ながら、主に MIM 部品の製造に必要な金型が原因で、金属射出成形には多くの制限があります。 MIM 金型は 5 万ドルから 10 万ドルの費用がかかる可能性があり、少量生産では法外な費用がかかる可能性があります。多くの場合、MIM は、生産ライフサイクルが長く、年間ボリュームが 50,000 を超える場合に経済的に理にかなっています。

さらに、金属射出成形は、エンジニアにかなりの設計上の課題をもたらします。金型の設計は簡単には変更できず、形状に関しては依然として大きな制限があります。たとえば、成形品はキャビティから突き出す必要があるため、突出し量を大きくすることはできません。壁の厚さは、脱バインダーによる別の設計課題を提示します。パーツの壁が厚すぎると、中間からワックスを抽出できない場合があります。設計者とプロジェクト マネージャーは、プロジェクトに金属射出成形を使用する予定がある場合、これらの考慮事項に留意する必要があります。そうでない場合、製造プロセスの後半でコストのかかる調整を余儀なくされる可能性があります。

金属 3D プリント

金属 3D プリンティングには、MIM などの他のプロセスでは実現できない多くの利点があります。金属 3D 印刷の 1 つは、金属粉末から部品を製造する印刷プロセスである、DMLS とも呼ばれるレーザー粉末床融合 (L-PBF) です。

このプロセス中、酸化を最小限に抑えるために、チャンバーはアルゴンなどの不活性ガスで準備されます。金属粉末の薄い層がビルドプラットフォームの上部に広げられ、レーザーが粉末を小さな部分に一緒に溶かします。このプロセスは、パーツが完全に構築されるまで繰り返されます。部品が冷却された後、余分な粉末が除去されます。そこから、パーツを応力緩和し、ビルド プレートから取り外し、必要に応じて熱処理します。

アプリケーション

L-PBF プロセスで製造された部品は、工業用途や高性能の最終用途エンジニアリング部品に最適です。一般的なユース ケースには、ジェット エンジン、タービン ブレード、医療機器、発電機などがあります。このプロセスは、増え続ける金属合金のリストや、金やプラチナなどの一部の貴金属と互換性があります。金属バインダー ジェッティングや金属押出など、規制や重要な性能要件が少ないアプリケーションにより適した他の金属 3D プリント プロセスもあります。

メリット

エンジニアは、高い強度と耐久性、耐薬品性、および独自の設計機能へのアクセスを必要とする特殊な部品を作成する必要がある場合に、金属 3D プリントに目を向けます。金属射出成形とは異なり、金属 3D プリントはエンジニアに大きな設計自由度を提供します。金属 3D プリントでは金型を使用しないため、エンジニアは特定の形状制限に縛られず、部品の設計を変更することは、コンピューターで設計を更新するのと同じくらい簡単です。設計をより複雑にしても、追加の生産コストは発生しません。

制限事項

とはいえ、金属 3D プリンティングには独自の課題があります。厳格な製造条件と工程管理が必要なため、ビルドサイズは制限されています。また、産業グレードのマシンの金属 3D プリントのスタートアップ コストは、材料費を考慮に入れる前に、数百万ドルに跳ね上がる可能性があります。ただし、比類のない設計の柔軟性と優れた機械的強度を必要とするエンジニアにとっては、高価なタグが価値のある投資になる可能性があります.

金属 3D プリントを始める

金属射出成形は、サイズに比べて驚くほど頑丈な小さくて複雑な部品を作成するのに適しています。ただし、金属 3D プリンティングは、多くの重要な分野でこのプロセスを上回っています。金属 3D プリントはデザインの多様性を提供し、このプロセスで作られた部品は、高い強度、耐久性、および耐薬品性のために最適化できます。

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