積層造形とは: 種類、技術、プロセス

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テクノロジーが進歩するにつれ、私たちの業務方法も進化することがよくあります。私たちはさまざまなタスクを実行するための新しい方法や技術を開発します。これは製造の世界にも当てはまり、積層造形が今やはるかに重要になっています。

付加製造は 1980 年代に初めて開発されましたが、それ以来、はるかに高度になり、実装も容易になりました。付加製造とは何か、そしてそれがどれほど価値あるものになる可能性があるのかを詳しく見ていきましょう。

付加製造とは何ですか?

多くの人が最初に抱く疑問は、「付加製造とは何か？」ということでしょう。

本質的に、積層造形とは、完成するまで一度に 1 つの層を追加して製品またはオブジェクトを作成することを意味します。

これは、目的の物が完成するまで原材料の大部分を削ったり切り取ったりする減算的製造法とは逆です。

前述のように、積層造形法は1980年代に初めて使用されました。当時は、主に次のようなものを作成するために使用されていました。製品プロトタイプすぐに完成しました。しかし、これらの試作品は機能的とは程遠いものでした。製品のスケールバージョンがどのようなものかを示すためだけのものでした。これらの試作品を作るために発明された特定の機械は、 3-D プリンタ。

それ以来、積層造形技術は進歩し続け、現在ではボーイングやゼネラル・エレクトリックなどの大企業で効率的な手法として利用されています。さらに、 3-D プリンターははるかに進化し、事実上誰でも使用できるようになりました。

積層造形の種類

すべてが 3-D 印刷も同じかといえば、そうではありません。実際、積層造形には 7 つの異なるタイプがあります。

シートラミネート

シートラミネート積層造形法（LOM）とも呼ばれる。この積層造形法は、材料のシートを接合して、 3-D オブジェクト。

シートラミネートは、紙などのシート材料を敷き、その上に接着剤を塗るところから始まります。その後、別のシートをその上に重ねて、シート同士を接着します。

画像出典：ラフバラ大学ウェブサイト

シートの希望の高さや密度が達成されたら、ナイフまたはコンピューターガイド余分な材料を切断するためにレーザーが使用されます。また、超音波溶接を使用して層を結合する超音波積層製造と呼ばれるタイプのシート積層もあります。

材料の押し出し

材料の押し出し積層造形の最も一般的なタイプの一つです。このタイプでは、熱可塑性材料をノズルから押し出して各層を堆積させます。これは、多くの分野で一般的に使用されているタイプです。 3-D プリンター。具体的には、熱溶解フィラメント製法 (FFF) が最も一般的に使用されているプロセスです。

画像出典：ラフバラ大学ウェブサイト

FFF は、加熱されたヘッドに材料を押し込むことで機能し、3D CAD データに基づいて層を配置します。この層はビルドプラットフォーム上にあり、次に XNUMX 層下げられてノズルが次の層をその上に配置します。各層は互いに融合し、冷却されて結合します。使用される材料は、使用するプリンターの種類によって異なります。ただし、最も一般的な材料は熱可塑性プラスチックです。

マテリアルジェッティング

材料噴射方式では、プラットフォームの上に配置されたプリントヘッドから、液滴状の材料が吐出される。

画像出典：ラフバラ大学ウェブサイト

ただし、材料押し出しのようにノズルで材料を加熱するわけではありません。代わりに、液体樹脂を注入し、紫外線で硬化させます。層を配置した後、紫外線がプラットフォーム上を移動して層を硬化させます。その後、プラットフォームが下がって、プロセスを再開します。

バインダー噴射

バインダージェッティングとも呼ばれるドロップオンパワー印刷は、複合材、セラミック、プラスチック、砂など、さまざまな材料で行うことができます。

画像出典：ラフバラ大学ウェブサイト

このプロセスでは粉末ベースローラーを使用してビルドプラットフォーム上に堆積される積層製造材料。次に、プリントヘッドが材料上に液体バインダーを堆積して、層を接着します。

パウダーベッドフュージョン

粉末床溶融結合バインダージェット法と似ているのは、粉末ベース材料。違いは、ローラーまたはブレードを使用して次の層を配置する前に、電子ビームまたはレーザーで粉末を溶融することです。

画像出典：ラフバラ大学ウェブサイト

粉末床溶融結合にはいくつかのバリエーションがありますが、いずれも予熱済み不活性ガスが入ったチャンバーです。この方法は他の方法よりも時間がかかる傾向がありますが、航空業界を含むいくつかの既知の業界で使用されています。

バット光重合

光造形法は、一般的にステレオリソグラフィーとも呼ばれます。この方法は、液体光重合樹脂の入った容器と紫外線光源を用いて樹脂を硬化させます。レーザーで樹脂に形状を描き、それを紫外線で硬化させます。その後、造形プラットフォームが下降し、次の層の造形を開始します。

画像出典：ラフバラ大学ウェブサイト

バット光重合法は非常に精緻なプロジェクトを可能にしますが、他の積層造形法ほど構造的ではありません。しかし、サポート構造で解決できる場合が多いです。これは最も高速な積層造形法の1つですが、かなりの手間がかかります。クリーンアップおよび処理時間。

指向性エネルギー堆積

指向性エネルギー堆積法（DED）は、積層造形法の中でも比較的複雑な手法です。電子ビームまたはレーザーを用いて材料を溶融させ、それを目的の場所に堆積させます。DEDは、部品の修理や追加によく用いられます。DEDで最も一般的に使用される材料は金属粉末または金属線ですが、セラミックやポリマーなども使用されます。DEDは、高い制御性と精度を実現します。

画像出典：ラフバラ大学ウェブサイト

上記の積層造形の例は、あくまでも現在の技術です。すでに他の手法も開発されており、今後さらに優れた手法が登場することが期待されます。

付加製造認定

積層造形市場は既に巨大な規模に達しており、今後も成長を続けると予想されています。実際、積層造形業界は驚異的なスピードで拡大しており、2030年までに市場規模は74億ドルに達すると予測されています。そのため、多くの積層造形企業が、この業界におけるスキルと知識を持つ人材を求めています。

幸いなことに、現在では、この業界への参入を目指す人々を支援する積層造形に関する資格取得プログラムが存在します。例えば、SMEは、基礎レベルまたは技術者レベルの資格取得が可能な積層造形プログラムを提供しています。

結局のところ、積層造形は、さまざまな業界にとって、必要な製品や部品などを生産するためのはるかに簡単で便利な方法を提供します。業界が急速に拡大している今、個人が認定を受けて会社に入社したり、自分で会社を立ち上げたりするのにこれほど良い時期はありません。

上記の内容が、付加製造の分野を理解する上で役に立ったことを願っています。付加製造はすでにエキサイティングな産業であり、技術が進歩するにつれてさらに良くなるばかりです。さらに良いことに、 3-D 市場にはさまざまなプリンターが存在するため、プロセスを習得するのに多少の時間はかかりますが、始めるのは簡単な分野です。

皆様の積層造形への取り組みが成功することを祈念しております。

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