3D プリント技術の種類
3D プリンティングという用語には、パーツをレイヤーごとに構築するいくつかの製造技術が含まれます。それぞれがプラスチックと金属の部品を形成する方法が異なり、材料の選択、表面仕上げ、耐久性、製造速度とコストが異なる場合があります。
3D プリントには次のようないくつかの種類があります。
- ステレオリソグラフィー (SLA)
- 選択的レーザー焼結 (SLS)
- 溶融堆積モデリング (FDM)
- デジタル ライト プロセス (DLP)
- マルチ ジェット フュージョン (MJF)
- ポリジェット
- 直接金属レーザー焼結 (DMLS)
- 電子ビーム溶解 (EBM)
アプリケーションに適した 3D プリント プロセスを選択するには、各プロセスの長所と短所を理解し、それらの属性を製品開発のニーズにマッピングする必要があります。まず、3D プリンティングが製品開発サイクルにどのように適合するかについて説明し、次に一般的なタイプの 3D プリンティング技術とそれぞれの利点を見てみましょう。
ラピッド プロトタイピング以降の 3D プリント
3D プリントは、プロトタイピングに最もよく使用されると言っても過言ではありません。単一の部品を迅速に製造できるため、製品開発者はコスト効率の高い方法でアイデアを検証および共有できます。プロトタイプの目的を決定することで、どの 3D プリント技術が最も有益かがわかります。アディティブ マニュファクチャリングは、単純な物理モデルから機能テストに使用される部品まで、さまざまなプロトタイプに適しています。
SLA 技術は、液状の熱硬化性樹脂を UV レーザーで硬化させてプラスチック部品を形成します。パーツが構築されると、構築が完了すると削除されるサポート構造が必要になります。 3D プリントはラピッド プロトタイピングとほぼ同義ですが、それが実行可能な生産プロセスであるシナリオもあります。通常、これらのアプリケーションには、少量で複雑な形状が含まれます。多くの場合、航空宇宙および医療用途のコンポーネントは、前述の基準に適合することが多いため、プロダクション 3D プリントの理想的な候補です。
3D プリントに関する 5 つの考慮事項
人生のほとんどのことと同様に、3D プリント プロセスを選択するときに単純な答えがあることはめったにありません。お客様が 3D プリント オプションを評価する際に、当社は通常、どの技術がお客様のニーズを満たすかを判断するための 5 つの重要な基準を示します。
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SLS ビルドが完了すると、技術者はパーツをパウダー ベッドから取り外し、余分な材料を払い落とし、次に、ビード ブラストでパーツをブラストします。 ポリマー 3D プリント プロセス
いくつかの一般的なプラスチック 3D プリント プロセスの概要を説明し、それぞれが製品開発者、エンジニア、およびデザイナーに最大の価値をもたらす場合について説明します。
ステレオリソグラフィー (SLA)
Stereolithography (SLA) は、オリジナルの産業用 3D 印刷プロセスです。 SLA プリンタは、高レベルの詳細、滑らかな表面仕上げ、および厳しい公差を備えた部品の製造に優れています。 SLA 部品の高品質な表面仕上げは、見栄えが良いだけでなく、部品の機能 (アセンブリの適合性のテストなど) にも役立ちます。医療業界で広く使用されており、一般的な用途には解剖学的モデルやマイクロフルイディクスが含まれます。 SLA パーツには、3D Systems 製の Vipers、ProJets、および iPros 3D プリンターを使用しています。
選択的レーザー焼結 (SLS)
選択的レーザー焼結 (SLS) は、ナイロンベースの粉末を溶かして固体プラスチックにします。 SLS 部品は実際の熱可塑性材料で作られているため、耐久性があり、機能テストに適しており、リビング ヒンジとスナップ フィットをサポートできます。 SLと比較して、部品はより強力ですが、表面仕上げは粗くなっています。 SLS はサポート構造を必要としないため、ビルド プラットフォーム全体を利用して複数のパーツを 1 つのビルドに入れ子にすることができ、他の 3D プリント プロセスよりも大量のパーツに適しています。多くの SLS 部品は、いつか射出成形されるデザインのプロトタイプに使用されます。当社の SLS プリンターには、3D Systems が開発した sPro140 マシンを使用しています。
ポリジェット
PolyJet は別のプラスチック 3D プリント プロセスですが、ひねりがあります。色や素材など、複数の特性を持つ部品を製造できます。設計者は、このテクノロジーを活用して、エラストマーまたはオーバーモールド パーツのプロトタイピングを行うことができます。デザインが単一の硬質プラスチックである場合は、SL または SLS を使用することをお勧めします — より経済的です。しかし、オーバーモールドまたはシリコン ゴム デザインのプロトタイプを作成している場合、PolyJet を使用すると、開発サイクルの早い段階でツールに投資する必要がなくなります。これにより、設計をより迅速に繰り返して検証し、コストを節約できます。
デジタル ライト プロセッシング (DLP)
デジタルライトプロセッシングは、液状レジンを光で硬化させるという点でSLAと似ています。 2 つのテクノロジーの主な違いは、DLP はデジタル ライト プロジェクター スクリーンを使用するのに対し、SLA は UV レーザーを使用することです。これは、DLP 3D プリンターがビルドのレイヤー全体を一度にイメージングできることを意味し、ビルド速度が向上します。ラピッド プロトタイピングに頻繁に使用されますが、DLP 印刷はスループットが高いため、プラスチック部品の少量生産に適しています。
Protolabs は、Concept Laser の Mlab および M2 マシンを金属の 3D プリント部品に使用しています。 マルチ ジェット フュージョン (MJF)
SLS と同様に、Multi Jet Fusion もナイロン パウダーから機能部品を作成します。レーザーを使用して粉末を焼結するのではなく、MJF はインクジェット アレイを使用してナイロン粉末のベッドに融着剤を塗布します。次に、加熱要素がベッドの上を通過して、各層を融合させます。これにより、SLS と比較してより一貫した機械的特性が得られるだけでなく、表面仕上げも向上します。 MJF プロセスのもう 1 つの利点は、ビルド時間が短縮され、生産コストの削減につながることです。
溶融堆積モデリング（FDM）
溶融堆積モデリング（FDM）は、プラスチック部品の一般的なデスクトップ 3D プリント技術です。 FDM プリンターは、プラスチック フィラメントをビルド プラットフォームに層ごとに押し出すことによって機能します。これは、物理モデルを作成するための費用対効果が高く、迅速な方法です。 FDM を機能テストに使用できる場合もありますが、部品の表面仕上げが比較的粗く、強度が不足しているため、技術が制限されます。
金属 3D プリント プロセス
直接金属レーザー焼結 (DMLS)
金属 3D プリントは、金属部品の設計に新たな可能性をもたらします。プロトラブズが金属部品を 3D プリントするために使用するプロセスは、ダイレクト メタル レーザー シンタリング (DMLS) です。多くの場合、金属製のマルチパーツ アセンブリを単一のコンポーネント、または内部チャネルまたは中空機能を備えた軽量パーツに縮小するために使用されます。 DMLS は、部品が機械加工や鋳造などの従来の金属製造方法で製造されたものと同じくらい高密度であるため、試作と生産の両方に適しています。複雑な形状の金属部品を作成することは、部品設計が有機構造を模倣しなければならない医療用途にも適しています。
電子ビーム溶解 (EBM)
電子ビーム溶融は、電磁コイルによって制御される電子ビームを使用して金属粉末を溶融する別の金属 3D 印刷技術です。印刷ベッドは、ビルド中に加熱され、真空状態になります。材料が加熱される温度は、使用する材料によって決まります。
3D プリントを使用する場合
前述のように、3D プリンティング アプリケーションにはいくつかの共通点があります。パーツの数量が比較的少ない場合は、3D プリントが最適です。3D プリント サービスのお客様に提供するガイダンスは、通常 1 ～ 50 個のパーツです。量が数百に近づき始めると、他の製造プロセスを検討する価値があります。内部冷却チャネルを備えたアルミニウム コンポーネントのように、パーツの機能にとって重要な複雑な形状をデザインが特徴としている場合、3D プリントが唯一の選択肢かもしれません。
適切なプロセスを選択することは、アプリケーションの最も重要な要件に各テクノロジの利点と制限を合わせることに帰着します。アイデアが飛び交い、同僚と共有するモデルだけが必要な初期段階では、階段状の表面仕上げはあまり気にしません。しかし、ユーザーテストを実施する必要がある段階に達すると、外観や耐久性などの要素が重要になり始めます.万能のソリューションはありませんが、製品開発全体で 3D 印刷技術を適切に利用することで、設計リスクが軽減され、最終的にはより優れた製品が得られます。
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