サポート

概念的には、サポート不要の印刷には多くの利点があるため、業界内で引き続き期待されています。 それは、使用される材料や事後的に無駄になる材料が減るだけでなく、他の生産性や経済的な利点ももたらします。 大きな疑問は、完全にサポートなしで 3D プリントが物理的に可能かどうかということです。

積層造形 (AM) では、作成される部品の構造を強化および維持するために、サポートがビルドのプロセスで一般的に使用されます。 これは、構築される部品のサイズや形状に応じて、さまざまな理由で必要になります。 一方、サポートフリーの構築とは、サポート構造から完全に独立して 3D プリント部品を製造する方法を開発することを指します。

使用時には、サポートは熱応力による変形を防ぎ、溶融材料からの熱伝達を促進し、衝撃が発生した場合に部品の形状が崩れる可能性があるリコータブレードから成形部品を保護するために戦略的に配置されます。 また、ビルド プレートにパーツを取り付けて安定した状態に保つなど、ビルド プロセス中にパーツの剛性を高めることもできます。

サポートフリー印刷ではサポートが不要になるため、部品を完全に自立して構築でき、印刷が完了するとすぐに使用できるようになります。

サポートは基本的に、製造中の部品の下で小さな盛り上がった構築プラットフォームとして機能します。 これらは、ビルドに追加の構造を提供します。 状況によっては、適切なサポートがないと、パーツが完全に形成されないことがあります。 これは、部品のオーバーハング部分や、部品に完全に貫通する穴が必要な場合に最も一般的です。 これらのシナリオはどちらも、ビルド プロセス中にアンカーできなくなるまでしか進行しません。 サポートを使用すると、底面が狭い部品や隙間のある部品も製造できます。

一般に、サポートは、ビルド プラットフォームから 45° 未満に延びるビルドのあらゆる側面に必要になる傾向があります。つまり、鋭角に上昇するパーツにはサポートをビルドに組み込む必要がある可能性があります。

AM プロセス中のサポートの構築は、より複雑で精巧な部品の作成には有益ですが、いくつかの欠点もあります。 これらは主に、印刷時間、素材、後処理に関連しています。

印刷時間 - 各サポートは、パーツ自体がレイヤーごとに作成されるのと同じ方法で、ビルドの各レイヤーで段階的に印刷される必要があります。 その結果、印刷​​時間が長くなり、効率が低下し、より多くのエネルギーが消費され、さまざまな面でビルドのコストに影響を及ぼします。

材料の消費量 - サポートは残りのパーツと同じ方法で構築されるため、サポートを作成するために余分な材料を使用する必要があります。 サポートは後処理で最終製品から除去され、廃棄物として処分されるため、時間とコストに影響します。

後処理 —ほとんどの 3D プリント部品は後処理を経ます。これは、部品を仕上げて使用に適したものにするために必要な内容に応じて、いくつかの段階で構成されます。 これには、部品の精度を向上させ、表面粗さを低減するための機械加工と表面処理、機械的特性を向上させ、構築プロセス中に発生する熱応力を除去するための熱処理が含まれます。 多くの場合、余分な粉末を除去するために最終洗浄段階が必要になります。

より大規模でより多くのサポートを使用して構築するには、より長く集中的な仕上げプロセスが必要になります。 この時間のかかるプロセスは手動で行う必要があるだけでなく、追加のコストもかかります。 専門家の労働時間と必要なツールにより、製品製造の収益が増加します。

一部のサポートにアクセスできないため、削除できない場合もあります。 これらは部品の機能を妨げるものではありませんが、重量が増加し、部品の全体的なパフォーマンスに影響を与える可能性があります。 精密工学の場合、これらのサポートなしで印刷できる機能は、部品の将来の使用に多大なメリットをもたらす可能性があります。

サポート不要の 3D プリンティングに移行することで、AM プロセスを経済的、環境的、速度的に改善できます。 構築中にサポートを構築する必要がないということは、粉体層内の材料の溶解が少なくなることを意味し、これは AM にとって複数の利点があります。

「スピードハック」には次の 3 つの重要な利点があります。

生産時間の短縮 - 造形の進行に合わせてプリンターのレーザーでサポートにレイヤーを継続的に追加する必要がなければ、印刷時間が短縮されます。 ビルドの各単一レイヤーでは時間の節約にわずかな影響がありますが、ビルド全体を通してみると、パーツの製造を完了するまでにかかる時間の大幅な短縮につながります。 これを大規模製造に適用すると、企業は生産時間をさらに短縮できるようになります。

後処理リソース —そもそもサポートが存在しないということは、後処理段階でサポートの除去が完全に排除されることを意味し、リードタイムに大きな影響を与えます。 後処理に費やされる時間の多くはサポートの除去に集中します。 これらは最終製品に取り付けられるため、部品の表面の残りの部分と完全に一致するまで機械加工または研磨して表面を処理する必要があります。

これには特別なスキルとツールが必要であり、企業は時間と費用がかかります。 極端な場合には、ビルド中の 1 分の処理ステップによってリード タイムが丸 1 日増加する可能性があります。 サポートフリーのビルドでは、このような集中的な後処理調整の必要性がなくなり、部品の完成がはるかに速く、より安価になります。 取り付けられたサポートを取り外す必要がなく、印刷されたパーツの表面の仕上がりもすぐに良くなり、より安定したものになります。

材料の消費量を減らす —持続可能性と責任ある製造を念頭に置くと、サポートを使用しない（またはサポートのサイズと数を減らす）ことは、使用される材料の削減につながることは明らかです。 これにより、材料の無駄が減り、エネルギー消費が削減され、3D プリンティングの財務コストと環境コストの両方が削減されます。 また、最初の印刷プロセスとパーツを完成させるための後処理手順の両方の全体的な時間が短縮され、効率と簡素化が向上します。

現実には、現時点では、すべてのアプリケーションやジオメトリに対して 100% サポートなしの AM は不可能です。 ただし、将来的にはそうならない可能性があるというわけではありません。 EOS Additive Minds では、最近、サポート不要の印刷という最終目標に近づくために驚くべき飛躍を遂げました。

おそらく、金属 AM の最も持続的な制限は、サポートなしでは特定のオーバーハング角度以下で印刷できないことです。 サポートがないと、印刷中にレーザーの集中エネルギーにさらされることによって生じる残留応力により、オーバーハングが反る危険があります。 これにより、メタル AM システムのユーザーはアプリケーションの選択が制限されることがよくあります。

業界リーダーの革新的な考え方のおかげで、重要な 45 度の角度が現在疑問視され、挑戦されています。 現在では、3D プリンティング プロセスの有効性や製造される金属部品の品質を損なうことなく、オーバーハングやブリッジをはるかに低い角度でプリントできるようにする多くのソフトウェアとパラメータ パッケージが利用可能になっています。

シュラウド付きインペラに関する最近の事例を考えてみましょう。このケースでは、オーバーハング角度の限界を 10° まで押し上げたにもかかわらず、サポートのない構造が達成されました。 また、このプロジェクトでは内部サポートが完全に排除されたため、後処理の複雑さが大幅に軽減されました。部品内に不自然に配置されたサポートは、たとえ最大ではないとしても、除去するのが最も困難な場合があります。 これらのサポートのサイズと数の削減により、インペラの総製造コストが 35% 削減されました。

プロセス開発チームは、このようなオーダーメイドの専門プロジェクトから得た知見を、「プラグ アンド プレイ」3D プリント ソフトウェアで利用できる標準プロセスに適用しました。 これは、専門のコンサルタントがいなくても、角度制限を標準として 20° まで下げることができることを意味します。

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