3D プリントは工具業界に取って代わるか?
投稿日:2019 年 11 月 11 日 | By WayKen ラピッド マニュファクチャリング
製品を作るということは、実際の部品を加工して組み立てるだけではありません。生産プロセスには、梱包の開発、ロジスティクスの検討、そして最も重要なツールの開発と生産など、多くの追加タスクが含まれます。ツーリングとは、すべてのコンポーネントを必要な量で、すべての所定の要件で正常に生産するために必要なコンポーネントの一般的な意味です。ツーリング業界は、世界中の起業家にとって数十億ドルの費用がかかります。ツーリングのコストは、総製品コストの最大 50% に達する可能性があります。ただし、ツールの時間と価格を削減するために、新しい技術が開発されています。 3D プリントは、このような仕事にとって信頼性が高く有望な技術であることが証明されています.
何年にもわたって、アディティブ マニュファクチャリング技術、または一般に 3D 印刷と呼ばれているものは、2D デジタル画像を紙にコピーする従来のプロセスと類似しています。技術が成熟するにつれて、アディティブ マニュファクチャリングの精度、パーツの強度、表面仕上げ、および材料の範囲が大幅に拡大しました。 5 年前は、印刷されたパーツはモックアップやプレゼンテーションにしか使用できませんでした。今日、印刷された金属部品がエアバス エンジン、スペース シャトル、自動車に取り付けられていると耳にします。これは、3D プリントがツーリングにも役立つようになったことを意味します。このような急速な発展を考えると、3D プリントは、業界全体で金型製造の従来のプロセスをすべて置き換えることができるのではないでしょうか?
ソフト ツーリングに代わるプラスチック 3D プリント
ソフトツールは、通常、多くの障害を必要としない要素のように呼ばれます.ソフト ツーリングの最も一般的な例は、プラスチックを鋳造するためのシリコン型です。それらはさまざまな硬化シリコーン混合物から製造されていますが、射出成形用の硬質工具は金属合金で作られています。それらの耐久性は、ハード ツーリング (複雑さに応じて 1 ～ 1000 個の部品のみ) に比べてごくわずかですが、価格はかなり安価です。シリコン型は、試作、少量生産、カスタマイズに最適です。マスター モデルと 1 つまたは 2 つの金型フォームがあれば、少量でも重要な部品のバッチを作成できます。では、アディティブ マニュファクチャリングをどのように改善し、従来のプロセスを置き換えることができるのでしょうか?
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付加製造による改善
まず、3D プリントはすでにシリコン キャスティングで重要な役割を果たしています。マスターモデル製作には欠かせません。 3D プリントは、単一のカスタム パーツの製造に優れており、ジオメトリの複雑さが最終的な時間とコストにほとんど、またはまったく影響しないという利点があります。単一のカスタム複雑部品は、プラスチック鋳造のマスター モデルの定義です。マスター パーツが完成したら、それを液体シリコンに浸し、硬化させると、金型の 2 つの半分が得られます。
さらに進んで、シリコン型を印刷するだけでシリコン型自体を製造したらどうなるでしょうか。これにより、マスター パーツが不要になり、後処理になります。最新の 3D プリンターは、必要な材料で必要な表面仕上げに完全には達していませんが、より柔らかいポリマーで非常に滑らかな部品を作成できます。数年後には、プリンターがより複雑な素材で同じ精度を達成できないと誰が言いますか?そうなると、従来のシリコーン金型業界は大変なことになってしまいます。
3D プリントと射出成形業界
ソフトツーリングを見てきました。では、3D プリントがハード ツーリング業界にもたらすものを見てみましょう。この業界の大部分は、プラスチック射出成形部品用の鋼製の耐久性のある金型に関係しています。ただし、ハード ツーリングには、金属鍛造金型、機械加工治具、および測定用クランプ ツール (または特定の部品に特化した測定機器全体) が含まれます。
さまざまな業界向けのハード ツーリング
ハードツーリングは、CNC 機械加工によって最も一般的に製造されます。金型と固定具は、ステンレス鋼または超硬合金でできており、寿命を延ばすために熱処理が施されている場合があります。このような材料は加工が非常に困難です。そのため、ハード ツーリングの製造処理には多額の費用がかかり、製品のリード タイムのかなりの部分を占めています。
ハードツーリングは、通常、単一のユニットとして、または非常に小さなバッチとして製造されます。通常、内部フィーチャを備えた非常に複雑なジオメトリを持っています。この状況は、まさに 3D プリンティングが優れているところです。ただし、アディティブ マニュファクチャリングはまだ金型の製造に広く使用されていません。
アディティブ マニュファクチャリングがまだ見られない理由
それにはいくつかの理由があります。その理由の 1 つは、金属積層造形では、CNC 機械加工部品が到達できる精度と表面仕上げがまだ提供されていないことです。そのため、切削工具による加工を完全に避けることはできません。つまり、後処理を避けることができず、後処理部品のコストが高くなります。ただし、最も重要な理由は、焼結部品の疲労特性がまだ十分に研究されていないことです。これは、印刷された部品の耐久性が確実に予測できないことを意味します。研究試験をもう一度実行すると、焼結材料の全体的な疲労曲線を確立できます。それが完了すると、耐久性のあるコンポーネントにアディティブ マニュファクチャリングを使用できるようになります。また、金属部品の焼結に適した材料はそれほど多くないため、金型のバリエーションは限られています。
ツーリングの未来
金属の 3D プリントの現在の限界がわかったので、これらの限界が最終的に克服されたときに将来何が起こるか見てみましょう。複雑な部品から精密な部品を作ることができるプリンターを開発すれば、製造ペースは確実に急上昇するでしょう。金型はわずか数日で製造され、今日の製造に比べてはるかに安価になります。単一の部品を機械加工するコストは非常に高くなりますが、実際にはカスタム ペットを 3D プリントする方がバッチを作成するよりも収益性が高くなります。材料の硬さは、局部的に溶けており、切断されていないため問題ありません。
最後になりましたが、アディティブ マニュファクチャリングは、内部冷却チャネルに関して多くを追加できます。ドリルやボアは、より深いキャビティやスペースに到達できないため、冷却速度が異なります。ただし、アディティブ技術は、効率的で、キャビティ全体に均一に広がり、ダイのコストを増加させない複雑な形状のチャネルを提供できます。
結論
アディティブ マニュファクチャリングは、金型を作成するための従来の誰にでもできる方法に取って代わるには、長い道のりがあります。しかし、技術が成熟し、その部品の特性がよりよく理解されるようになると、従来の方法では勝てなくなります。
産業技術