「複雑さは自由だ」は、アディティブ マニュファクチャリング (AM) における一般的な言葉です。 従来の製造方法 (鋳造、鍛造、フライス加工など) では、追加された統合機能のコストが指数関数的に増加する傾向があるのとは対照的に、AM 部品の製造コストは、幾何学的な複雑さが増してもほぼ一定のままであるという考えです。 信頼性が高く、低コストの複雑さという概念は多くの関心を集めており、AM について語るとき、さまざまな分野でさまざまなことを意味する可能性があります。
イノベーターにとっては、従来の製造の制約から解放されるという自由と、部品の性能のみに集中する機会を思い起こさせます。 エンジニアの想像の中にしか存在しない信じられないほど複雑な部品が、数か月または数年ではなく数日で製造できるようになりました。これは、設計サイクルとリード タイムの大きなパラダイム シフトです。
従来の部品メーカーにとって、このことわざはサプライ チェーン管理革命の約束を思い起こさせます。 一部の標準コンポーネントは、組み立て前にさまざまな場所で製造された数千の部品で構成されています。 さまざまな理由 (摩耗や破損など) により、現場のコンポーネントは定期的に交換またはアップグレードする必要があります。 タイムリーにこれを行うことは、在庫部品の早期構築を必要とする手ごわい工具、保管、および出荷の課題です。 ただし、AM を使用すると、コストのかかる物理的な在庫を必要とせずに、部品ファイル (つまり、デジタル モデル) をデジタル ウェアハウスに保存し、必要に応じてジャスト イン タイムまたはわずかなタイムラグで生産に使用できます。
残念ながら、従来の金属 AM 技術のほとんどは、これら XNUMX つの約束を果たすことができません。
金属 AM 技術の普及に伴い、従来の部品のイノベーターとメーカーの両方が、ある設計上の制約を別の設計上の制約と交換したことを認識するようになりました。
ほとんどの部品を「現状のまま」印刷しようとすると、受け入れられない部品 (寸法精度の低下、必要な機械的特性の不適合、目に見える欠陥など) が生じる可能性があります。さらに悪いことに、高価な材料を無駄にしたり、場合によっては部品を損傷したりする壊滅的な印刷の失敗を引き起こす可能性があります。プリンター。
したがって、印刷を成功させるには、多くの場合、エキスパート ユーザーが「アディティブ マニュファクチャリング向けの設計」(DfAM) ガイドラインを採用する必要があります。つまり、AM で一般的な一連の広範な制限に対応するために部品を再設計する必要があります。 さらに、これには多くの場合、特定のパーツと特定のプリンターの印刷パラメーターを微調整する必要があります。
従来の金属 AM プリンターの XNUMX つの典型的な制限は、オーバーハング機能、残留応力、および薄い壁です。
サポートされていないオーバーハング フィーチャは、金属 3D プリント パーツの製造可能性と性能に壊滅的な影響を与える可能性があります。 パーツの表面と水平面の間の角度が約 45 度を下回ると、パーツの形状が崩れたり、壊滅的な印刷の失敗につながることさえあります。
従来の AM システムのユーザーは、このような低角度領域を最小限に抑え、残りの領域にサポートを追加するようにパーツを配置するように求められます。 印刷後、これらのサポートを取り除くことは法外な費用がかかり、多くの場合、不可能ですらあります (たとえば、シュラウドで覆われたインペラー内のサポートされた表面)。
さまざまな温度と時間スケールでの金属の溶融と冷却により、部品に残留応力が蓄積する可能性があります。 この応力の蓄積により、パーツ、さらにはビルド プレートが歪んだり、ひびが入ったりする可能性があります。 ユーザーは通常、途切れることのない大きな領域の融解を避けるように、および/またはレーザー ハッチ パターンを処方するように求められます。 通常、薄い壁は厚くする必要があり、角度がついている場合はなおさらです。
別の方法として、エンド ツー エンドの AM ソリューションは、ソフトウェア、ハードウェア、および単一の生産ストリームに緊密に統合されたセンサー ガイド コントロールの組み合わせにより、DfAM の妥協の必要性を克服できます。 最初から最後まで、印刷準備、粉末蒸着、レーザーパターンなどのプロセスは、デザインのあらゆる幾何学的特徴に合わせてカスタマイズされます。 コントロールは、印刷速度、残留応力、寸法精度、表面品質などの指標のバランスをとるために、各プロセスの基礎となる物理を監視します。
この種の高度なソリューションは、専門家でなくても「すぐに」使用できます。 部品のネイティブ CAD モデルを AM マシンのセットアップ ソフトウェアにインポートするだけで、再設計は必要ありません。そのシステムの生産 (レーザー) 命令のファイルが自動的に生成されます。 これらの指示は、結果が同一であるという確信を持って、世界中のどこにいても互換性のあるプリンターに送信することもできます。
それにもかかわらず、このような大規模な自動化は柔軟性を可能にします。 たとえば、造形速度、表面品質、または寸法精度の間のトレードオフを特定するために、パーツの特定の領域でデフォルトから逸脱した特性をユーザーが望む場合、さまざまな選択オプションを通じてその意図を実現できます。 印刷の準備は、最も複雑なパーツの一部では計算集約的な手順になる可能性があるため、利用可能な作業flow クラウドまたはローカル クラスタへのオフロードを許可します。 印刷実行が完了すると、ユーザーはレイヤーごとに結果を検査できます。 同時にアクティブなレーザー間の望ましくない干渉を回避しながら、印刷速度を最大化するために、複数のレーザー間でワークロードのバランスを取ることにも特別な注意が払われています。
DfAM の妥協なしに技術革新をもたらす金属 AM の約束は、現在利用可能なより高度な 3D システムによって最終的に実現されています。 製品設計者、エンジニア、およびサプライ チェーン マネージャーは、今日の完全に統合された AM ソリューションを使用して、従来の技術が提供してきた限界を超えて自由に行動し、目標を達成できるようになりました。
著者：
Victorian Menier: シニア ソフトウェア エンジニア – Velo3D
Pieter Coulier: プリンシパル ソフトウェア エンジニア – Velo3D
