アディティブ マニュファクチャリングと従来の製造が補完的なプロセスである理由

アディティブ マニュファクチャリング (3D プリントとも呼ばれます) は、3D オブジェクト スキャナーまたはコンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアを使用して、正確な幾何学的形状で材料の層を積み重ねて製品を作成するプロセスです。材料のブロックからレイヤーを削除してデザインを構築します。たとえば、金属棒をバラバラに切断することは、伝統的な製造プロセスの非常に単純な例です。しかし、3D プリンティングが広く普及し、より適切な金属が利用できるようになったことで、メーカーは両方のプロセスを生産ラインに適用することを楽しみにしています。目的は、アディティブ マニュファクチャリングと従来の製造を補完的なプロセスとして組み合わせて、完璧な製品仕上げを提供することです。

以下では、アディティブ マニュファクチャリングの利点と、アディティブ マニュファクチャリングと従来の製造を組み合わせて高品質の製品を作成する方法について説明します。

アディティブ マニュファクチャリングの人気の高まり

材料の無駄が少ないなど多くのメリットがあるため、近年、多くの機械工、製造業者、製造業者が付加製造をますます利用しています。ここでは、これらの利点のいくつかをより詳しく説明します。

素早いプロトタイプとスペアパーツの設計に最適

3D プリントの段階的な進化により、ボーイング、GE、シーメンスなどの大手メーカーは、複雑なプロトタイプ デザインを簡単に作成できるようになりました。シーメンスは積層造形技術を使用してさまざまな製品のスペアパーツを作成し、場合によっては修理時間を 90% に短縮しています。さらに、シーメンスは必要に応じて印刷するだけなので、過剰生産やその他のロジスティクスに関連するコストを削減できます。

材料の無駄を削減

チタンの大きなブロックを使って航空宇宙部品を製造すると、最大 90% の廃棄物が発生します。メーカーが残材のリサイクルを検討しない限り、廃棄物管理の運用コストが増えるだけです。必要な正確な形状で層ごとに材料を追加する 3D プリントの固有の機能により、設計を作成するために余分な材料を除去する必要がある減法製造法によってしばしば生じる材料の無駄が削減されます。

製作時間を短縮

付加製造プロセスで作られたさまざまな金属部品は、製造に必要な時間が大幅に短縮されるため、コストが削減されます。工具や金型を使わずに複雑な形状を簡単に作ることができます。部品が機械の外でプリントされるため、格子やハニカムなどの複雑な構造の設計にかかる時間が短縮されます。

多くの技術的利点があるにもかかわらず、アディティブ マニュファクチャリングは従来の製造技術を完全に置き換えることはできません。アディティブ マニュファクチャリングによって製造されたパーツは、希望する表面仕上げを実現するために機械加工が必要な場合があります。したがって、多くの製造業者は、両方のプロセスを利用するハイブリッド モデルを検討しています。

ハイブリッド モデル:アディティブ マニュファクチャリングと従来の製造を補完的なプロセスとして利用

ハイブリッド マニュファクチャリングは、CNC 機械加工とアディティブ マニュファクチャリングを組み合わせたプロセスであり、製造業者は 3D プリント技術をツールとして使用して設計の範囲を拡大しながら、従来の CNC プロセスに頼って目的の製品をテーブルにもたらします。

では、アディティブ マシニングと従来の製造を補完的なプロセスとして組み合わせる必要があるのはなぜでしょうか?アディティブ マニュファクチャリングは、複雑な幾何学的形状を迅速かつ簡単に生成できますが、3D プリンターで生成されるパーツはネットシェイプに近いことが多いため、CNC 機械加工よりも精度が低くなります。一方、従来の製造方法で複雑な形状を作成することははるかに困難ですが、これらの方法はより厳しい公差を保持でき、製品の目的の表面仕上げをより簡単に作成できます。

以下の表は、両方の方法の長所と短所をまとめたものです。

	CNC 加工	アディティブ マニュファクチャリング
長所	繰り返し可能 正確 良好な表面仕上げ 高い生産性	材料の無駄を減らす 幾何学的な自由 材料オプション
短所	材料の無駄が多い	長いサイクル時間 表面仕上げが悪い

ハイブリッド製造では、両方の製造プロセスの長所を活用し、追加プロセスと除去プロセスを順番に適用します。たとえば、Directed Energy Deposition (DED) などの積層造形法 (Directed Energy Deposition (DED) など) を最初に実行して、ノズルからビルド プラットフォームに材料を堆積させ、材料を溶融させることができます。次に、パーツを CNC 機械加工して、目的の表面仕上げと公差を実現します。

従来の製造プロセスと組み合わせることができるその他の一般的な積層造形法には、次のものがあります。

• パウダーベッド フュージョン: レーザーまたは電子ビームを使用して、材料粉末を溶かして融合させ、3D パーツを形成します。このプロセスは DED に似ていますが、素材を預ける方法が異なります。
• メタル バインダー ジェッティング: 大量のアプリケーションで特に一般的なのは、液体の結合剤が粉末の薄い層の上に堆積し、基本的に互いに接着して層ごとにオブジェクトを作成することです。

これらのプロセスはすべて、単一のハイブリッド マシンを使用して実行でき、安全な距離から限られた数の人々によってプログラムおよび操作されます。単一の機械を使用してハイブリッド製造を実装することにより、製品または部品を 1 回のセットアップで印刷および機械加工できるため、エラーの可能性が減少します。

ハイブリッド マシンを使用するその他の利点は次のとおりです。

• 設備投資の削減
• リードタイムの​​短縮
• 在庫保管の必要性を減らし、床面積を節約
• 製造時に部品の内部を機械加工できることで、優れた品質管理が可能になります

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