ラピッドプロトタイピング技術: 開発、アプリケーション、将来のトレンド

コンセプトの定義: プロトタイピングから急速な製造への技術的な進歩

ラピッドプロトタイピング (RP) は1980年代に始まり、その核となる原理は「層状重ね合わせ」法に基づく3次元固体オブジェクトの構築です。その最も特徴的な機能は、従来の製造における金型への依存から解放され、プロセス全体がデジタルモデルによって推進されることです。RPの高度な方向性として、Rapid Manufacturing (RM) は、自動車業界の小バッチカスタマイズされたインテリアコンポーネントや医療分野のパーソナライズされたインプラントなどの最終用途の機能部品の生産を直接対象としているという点で異なります。プロトタイプ検証に限定されます。それらの技術的経路は非常に重複していますが、アプリケーションの目的には根本的な違いがあります。ただし、現在の産業慣行の観点から、RMは依然として生産効率の観点から継続的な最適化を必要とします (e。g。シングルパーツ製造時間) 、材料性能 (e。g。長期的な老化抵抗) 、およびコスト管理 (e。g。特定の業界シナリオと組み合わせた機器減価償却の割り当て)。

コアテクノロジーシステム: 主流プロセスの特性と進化

現在、産業用アプリケーションで最も成熟した3つのRPテクノロジーはすべて、「層状離散化重ね合わせ成形」の論理に従いますが、材料の互換性と精密性能が大きく異なります。実用的なアプリケーションでの選択は、特定のシナリオに基づいている必要があります。

ステレオリソグラフィ装置 (SLA): 液体感光性樹脂を原料として使用し、紫外線レーザーで点ごとに硬化させます。実用的なアプリケーションでは、3D Systemsの工業用グレードのProX 800機器は、 ± 0.13mm (± 0.005インチ) 以内に安定して精度を制御し、家電製品のシェルプロトタイプを製造する際にRa 2.0〜3.5μmの表面粗さを実現し、高い外観精度を必要とするシナリオ。

選択的レーザー焼結 (SLS): C教授によって提案されました。アール。1989年にテキサス大学 (米国) からDechard、それはナイロン粉の形成のために最初に使用されました。このプロセスの主な利点は、焼結していない粉末が自然に複雑な構造をサポートできることです。たとえば、航空宇宙コンポーネントの試作では、EOS M 290機器は、Ti-6Al-4V粉末を焼結して、内部流路を備えた燃料ノズルを直接製造できます。追加のサポート設計、ほぼ無制限の幾何学的自由をもたらします。

溶融堆積モデリング (FDM): 比較的低い機器コストで、加熱されたノズルを通してフィラメント (ABS、PLAなど) を押し出すことによって部品を形成します。一般的に使用されているプロトタイプグレードのUltimaker S5機器を例にとると、300mm × 200mm × 100mmのプラスチック構造部品を印刷する場合、公差は通常 ± 0.5% (下限は ± 0.5mm) であり、構造検証プロトタイプの製造に適しています。高精度要件のシナリオでは、後研磨が必要です。

近年、ハイブリッドプロセスは、従来のRP技術における単一材料の使用の制限を徐々に克服してきました。たとえば、MarkforgedのFX10プリンターは、Fused Filament Fabrication (FFF) プロセスとMetal FFFプロセスを統合します。最初に、FFFを介して炭素繊維強化プラスチックマトリックスを印刷し、次に金属フィラメントを埋め込み、最後に3ステップの「印刷」で部品を処理します。-脱結合-焼結」法。これにより、強度と軽量特性を組み合わせた航空宇宙コネクタ (UAVランディングギアブラケットなど) の製造が可能になります。深センの航空宇宙支援企業でのアプリケーションでは、このタイプの機器は、小さなバッチ (50個未満) のコンポーネントの統合製造を実現し、「プラスチック印刷 + 金属加工」の従来の組み合わせプロセスと比較して労働時間を40% 削減しました。