Velo3D では、あらゆる業界のエンジニアやメーカーが金属積層造形 (AM) を利用できるように常に努力しています。 AM について話すとき、その分野の専門家は特定のユース ケースに行き詰まることがよくあります。 工業用金属AMについて 初めて。
この入門ガイドでは、金属 AM を高レベルから、特にレーザー パウダー ベッド フュージョン印刷について見ていきます。また、設計がどのように作成され、製造用に変換されるか、AM プロセスのさまざまな反復とアプリケーションなどについて説明します。他の製造プロセスと同じように、最終的で使用可能な生産準備が整ったパーツを作成するために必要な後処理。
金属 AM とは何ですか? また、その用途は何ですか?
この記事では、 添加剤の製造 & 3D印刷 同じ一般的なプロセスを参照します。 ただし、3D プリンティングはより広く使用される用語になる傾向があり、愛好家が使用する家庭用 3D プリンターをカプセル化することができますが、付加製造は、産業、技術、または専門的なアプリケーションを表すために使用される傾向があります。
AM を支えるコア技術は、最初の特許が発行された 1980 年代の初めから半ばまでさかのぼります。 何十年もの間、3D プリントは主にプロトタイピングの目的で使用されていました。 3D プリントによるラピッド プロトタイピング (RP) は、必ずしも機能ではないにしても、デザインの形状と適合を満たす他の精密機械加工プロセスよりもはるかに早くデザイン コンセプトを実現することができます。
技術がより洗練されるにつれて、それはデスクトップ愛好家の領域を超え、現在ではエネルギーおよび防衛部門から航空、航空、宇宙、鉱業など、複数の革新的な産業の製造プロセスとして使用されています。 金属 AM を使用して、高品質の工業用グレードを製造できるようになりました 精密部品、パフォーマンスを向上させ、コンポーネントの重量を減らし、多くの異なる部品を単一の構造に統合し、市場投入までの時間を短縮する能力が高く評価されています. 次のような最も先進的な企業の一部が クロマロイ, LAM Research, ハニーウェルなどは、イノベーションを促進するために金属 AM に多額の投資を行っています。
金属 AM プロセスの詳細
金属アディティブ マニュファクチャリング プロセスは、実際には複数のプロセスで構成され、完成品が完成します。 参考までに、Velo3D のエンド ツー エンドの AM ソリューションは、レーザー パウダー ベッド フュージョン (LPBF) を使用しています。これについては、後で詳しく説明します。 ここでは、全体的なプロセスがどのように機能するかを調べてみましょう。
まず、高性能コンピューターが元の XNUMX 次元デザインを XNUMX 次元の印刷指示に変換します。 次に、 金属プリンター これらの命令を実行し、部品を層ごとに粉末金属の個々の層にレーザー照射します。 最終層が印刷された後、XNUMX 次元造形物をプリンターから取り出し、粉末を取り除き、後処理することができます。 後処理には、設計者の意図と設計が使用される環境に応じて、さまざまな熱処理、機械加工、または表面研磨が含まれます。 プロセスがどのように機能するかを説明するために、これらの各段階を分解し、従来の金属 AM プロセスと高度な金属 AM プロセスの両方でどのように機能するかを見てみましょう。
すべてはデザインから始まる
エンジニアが製造用の設計を準備する際に考慮しなければならないことがいくつかあります。 多くの場合、高度に最適化されたシミュレートされたパフォーマンスを備えた完璧な設計を実際に作成することは不可能です。 エンジニアは、コンセプトを実現するために最適化された設計から離れなければならないことがよくあります。また、既存のレガシー パーツを更新または再設計する場合にも、同じ犠牲が払われます。 製造のための設計 (DfM) は、部品を評価し、その最初のアイデアを既存の製造技術で生産可能な部品に変換する分野です。 通常、エンジニアは、製造に影響を与える可能性のある重要な決定を下す前に、部品の大まかなパラメータを把握しています。
これらの考慮事項は次のとおりです。
- 作戦規模は？ つまり、完成した部品のうち何個を機械加工する必要がありますか? この考慮事項は、どの部品製造方法が最も理にかなっているかを判断するのに役立ちます。
- アプリケーションとは何ですか? 部品が高圧環境で使用される場合、または高い基準と厳しい規制のある業界で使用される場合、この考慮事項は、製造プロセスで使用する必要がある材料を決定するのに役立ちます。
- 予算と時間の制約とは何ですか? 同様に、規模を拡大するには、部品の必要なターンアラウンド タイム (部品の複数の反復と、それらの反復を生成するための熟練労働者の調達を含む) と、部品の作成に割り当てられる予算が、生産方法に影響を与える可能性があります。
DfM プロセスは複雑な計算になる可能性がありますが、すべての決定が下されると、同じように終了する傾向があります。エンジニアは、これらの重要な考慮事項の範囲内で最終設計を作成するための青信号を与えられます。 通常、この設計はコンピュータ支援設計 (CAD) ファイルを使用して行われますが、通常、初期の理想化された設計コンセプトと、製造プロセスおよび材料の制限との間の妥協点です。
対照的に、アディティブ マニュファクチャリングの設計 (DfAM) は、アディティブ プロセスに固有の部品の製造可能性により重点を置く傾向があります。 DfAM 内では、印刷プロセス中の部品の統合と材料資源の節約がより重視されています。 金属 AM 用に設計する場合、エンジニアはパーツの特定の機能をそれぞれ調べ、これらの機能をパーツと機能の向きに基づいて個別の課題に分解します。 たとえば、低角度 (オーバーハング)、チャネルと開口部、および薄い壁と高アスペクト比に関する考慮事項は、DfAM 設計を最終的な印刷部品に変換する際に課題となる可能性があります。
これらの無数の課題のために、DfAM プロセスでは、エンジニアの当初の設計意図から大きく逸脱した部品が作成される可能性があります。 従来のアディティブ マニュファクチャリング用に厳密に部品を設計すると、部品は重要な機能や性能を失う可能性があります。 Velo3D が AM で優れている理由の XNUMX つは、設計と印刷プロセスを XNUMX つの完全なエンド ツー エンド ソリューションに統合し、ハードウェアとソフトウェアの両方を統合し、部品の元の設計意図を維持しながら重要な設計機能をそのまま維持したことです。
設計ソフトウェアとプリンターを高度な金属 AM システムに統合することで、エンジニアは妥協することなくより複雑な最適な設計ジオメトリを実現し、設計意図を犠牲にすることなく必要な部品を統合し、設計した部品が変換されるという必要な保証を得ることができます。印刷時。
金属 AM 印刷プロセスのしくみ
設計段階が完了すると、アディティブ マニュファクチャリング プリンティング プロセスにはさまざまな形態があります。 各印刷プロセスはさまざまな用途に適しています。AM 印刷の最も一般的な形式のいくつかは次のとおりです。
- 光造形装置（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ッシング（DLP）
- 積層造形物製造 (LOM)
- 選択的レーザー溶融（SLM）
- レーザー粉末床核融合 (LPBF)
- 直接金属レーザー焼結（DMLS）
- 電子ビーム溶解（EBM）
- バインダージェッティング（BJ）
- マテリアル ジェッティング (MJ) ポリジェットおよびワックス キャスティング テクノロジー
- ラピッド プラズマ デポジション (RPD)
Velo3D では、レーザー パウダー ベッド フュージョン (LPBF) の修正版を使用しています。これには、独自の革新的なひねりが組み込まれています。 しかし、LPBF のレンズを通して、金属 AM 印刷が実際のレベルでどのように機能するかを探ることができます。
LPBF では、金属プリンターには、完全に不活性に保たれているビルド チャンバーが含まれており、多くの場合、アルゴン ガスがポンプで送られ、チャンバーの雰囲気内の微量の酸素や湿気が除去されます。 わずかな酸素の存在でも、最終部品に不純物や脆化を引き起こす可能性があります。
チャンバー内で条件が設定されると、金属粉末の層がパウダーベッドと呼ばれるものに置かれます。 次に、高度に特殊化されたレーザーを使用して粉末床を加熱し、金属粉を溶かして目的の形状の液体にします。 レイヤーごとに、リコーターブレードを使用してパウダーベッドを対象物の上に引っ張ります。 レーザーは粉末を所望の形状に溶かし、完成した物体ができるまでその下の層に結合します。
多くの LPBF アプリケーションでは、印刷プロセスには、ビルドに統合されたサポートまたは足場も含まれます。 金属で印刷する場合、レーザーは各層を溶かし、その後冷却して急速に固化します。 金属が冷却し続けると、収縮します。 層ごとに溶融、凝固、収縮が繰り返され、金属に応力が蓄積されます。 適切に考慮しないと、この応力によって金属が歪んだり、部品に亀裂が生じることさえあります。 この応力を相殺するために、エンジニアはサポートを使用してパーツをビルド プレートに固定します。
Velo3D の洗練された印刷レシピに欠ける従来の金属 3D プリンターの場合 Sapphire プリンター、サポートは非常に一般的です。 「ミリオン ダラー ステープル ガン アプローチ」と呼ぶ人もいるかもしれませんが、高価な産業用プリンターを使用するエンジニアは、実際のパーツと同じくらい多くのサポート マテリアルを作成することになります。 この材料は、高性能設計に必要な高価で機械加工が難しい超合金と同じ傾向があります。 多くの場合、総印刷量の半分以上が、後処理で除去する必要のある無駄なサポート材になります。
対照的に、Velo3D は サポート無料TM 印刷プロセス これにより、エンジニアは、オブジェクトを所定の位置に保持するためのサポート構造を必要とせずに、複雑な形状と低角度を実現できます。 高度に洗練されたプロセス レシピの標準化されたライブラリにより、エンジニアはサポートに依存せずに設計を印刷でき、 マイクロタービン, 熱交換器, ターボポンプ, もっと.
金属 AM の後処理
印刷プロセスの最後に、チームは実質的にオブジェクトのラフ ドラフトに相当するものを残します。 その後、金属 3D プリントの最終段階が開始されます。 造形後、パーツとビルドプレートは溶けていない金属粉末の下に埋もれます。 オペレーターは、将来の部品で再利用するために、できるだけ多くの粉末を掃除機で吸い取ります。 このステップの後、オペレータはビルド プレートと金属部品 (プレートに溶接されたまま) を取り外すことができます。 部品を完全に洗浄するには、さらに粉末除去ステップが必要になる場合があります。
用途や使用する金属によっては、ビルド プレートからパーツを取り外す前に、オペレーターがパーツを熱処理する必要がある場合があります。 印刷中に蓄積される可能性のある高レベルの応力により、応力が適切に除去されていない部品は、プレートから切り取ったときに反ったり、ひび割れたりすることさえあります。 他の熱処理ステップは、材料特性に影響を与える可能性があります。 部品の仕様によっては、HIP (Hot Isostatic Press) や Solution and Age などのプロセスが必要になる場合があります。
多くの金属 AM 部品では、追加の機械加工を使用してサポートを除去し、印刷されたままの部品では達成が困難な目標公差を達成できます。 サポートが取り除かれると、部品の内側と外側をフライス加工、穴あけ、研磨して、必要な仕様を達成したり、表面品質、幾何学的精度、その他の機械的特性などの特性を改善したりできます。 多くの場合、内面は研磨剤を使用して処理されます flow 機械加工により、表面仕上げを強化し、構造体と残留支持構造から残留不純物を除去します。
最後に、部品が完成したら、完全に評価およびテストして、最適な機能を確保し、特定の業界向けに設定された厳しい規制要件を満たしていることを確認する必要があります。 Velo3D は、次の方法で品質を保証します。 これらの分析手段を統合する 高度な計測および部品検証センサーとソフトウェアを使用して、印刷プロセス自体の中で。
アディティブ マニュファクチャリングについて学ぶことはたくさんあります。 3D プリントの表面をなぞるだけでも、産業用アプリケーションの部品製造ソリューションとして金属 AM を探求することに興味がある場合でも、その旅にはイノベーションの宇宙が待っています。 Velo3D は、金属 AM 分野のパイオニアであり、イノベーターが最も複雑な設計でさえ妥協することなく実現できるようにします。
Velo3D 金属 AM プロセスについて詳しく知りたい場合は、 今すぐ当社の専門エンジニアに連絡してください.
