積層造形とは何か？

説明

アディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）は、生産に対する現代的なアプローチである。コンピューター支援設計を用いて、層ごとに物体を作り上げる。このプロセスは新しいものではないが、過去20年間で利用が拡大した。多くの企業が、航空宇宙、自動車、ヘルスケア、消費者向け製品の部品にこの方法を使用している。この方法によって、カスタムパーツを無駄なく迅速に生産することができる。

この記事では、積層造形の仕組み、利点、他の方法との違いについて説明する。

積層造形と呼ばれる理由

この名称は、パーツを1層ずつ組み立てる方法に由来します。材料の塊から切り離したり穴を開けたりするのではなく、最終的な部品が完成するまで小片の材料を追加していきます。多くの標準的な製造方法では、材料は大きな部品から取り除かれる。積層造形では、材料は必要な部分にのみ追加される。

このアプローチは無駄を省き、複雑な形状の部品を作るのに役立つ。この方法は、特殊な形状や内部構造が必要な場合に有効である。例えば、格子状の内部サポートを持つ軽量構造も、この技術によって可能になった。

積層造形と三次元印刷

三次元印刷は、付加製造の一般的な用語である。どちらの用語も、層ごとに物体を作り上げるという同じ考え方を指す。近年、三次元印刷は趣味的な用途からプロの現場へと移行している。よくあるケースは、カスタムメイドの医療用インプラントの作成だ。エンジニアは、患者の解剖学的構造に完璧に適合するパーツをプリントする。同じ発想が自動車製造にも使われている。自動車部品のプロトタイプが素早く作られ、大量生産の前にテストされる。この技術の友好的な側面は家庭用にも見られ、小さな部品や美術品を簡単な3次元プリンターで印刷することができる。

積層造形と従来の製造方法

l 従来の製造方法は、多くの場合、減法的プロセスに依存している。このような従来の方法では、多くの原材料を無駄にする可能性がある。積層造形では、必要な部分にのみ材料を追加することで、最終的なオブジェクトを構築します。精度と材料効率は大きな利点です。

l 従来の方法では、いくつかの工程と工具が必要でした。一方、積層造形では、1台の機械で1層ずつ部品を完成させる。l 設計から完成品までの時間を短縮できる。

l現在、 多くの中小企業が積層造形を利用している。彼らはワークショップで部品を設計し、印刷し、すぐにテストすることができる。

実際には、どちらの方法も適している。均一な形状の大量生産製品には、従来の方法が費用対効果に優れている。カスタム部品や複雑な部品の場合は、アディティブ・マニュファクチャリングに軍配が上がる。

積層造形材料

lアディティブ・マニュファクチャリングでは 、さまざまな材料が使用される。

l プラスチックが一般的です。軽くて加工しやすい。プロトタイプの製造では、プラスチックが活躍する。金属も普及している。

l航空宇宙や自動車の 分野では、チタンやスチールなどの金属がよく使われている。典型的な例は航空産業で、軽量でありながら強靭な金属部品がプリントされる。

lセラミックスもまた、特殊な場面で使用されるようになった材料のひとつです。高い耐熱性が必要な場合に使用される。バイオ材料も積層造形に利用されている。一部の医学研究者は、生体材料を使用して組織の足場を印刷している。

材料にはそれぞれ特性がある。例えば、金属はしばしば融解に高温を必要とする。プラスチックは通常、低温で溶ける。このような違いから、特殊な機械とプロセス中の慎重な制御が必要となる。

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積層造形プロセスの種類

積層造形プロセスにはいくつかの種類があり、それぞれに長所と用途があります。これらのプロセスには次のようなものがあります：

• 溶融積層造形法（FDM）：これは最も一般的な方法の1つで、熱可塑性フィラメントを加熱ノズルから押し出します。プロトタイピングや低コスト部品の製造によく使用される。
• 選択的レーザー焼結（SLS）：このプロセスでは、レーザーを使用して粉末状の材料（通常はプラスチックまたは金属）を焼結し、固体の構造を作ります。SLSは、複雑で耐久性のある部品を作るのに適している。
• ステレオリソグラフィー（SLA）：SLAは、レーザーを使用して液体樹脂を硬化させ、層ごとに固めます。このプロセスは高精度で知られ、歯科や宝飾品業界でよく使用されています。
• 直接金属レーザー焼結法（DMLS）：この方法では、高出力レーザーを使用して金属粉末を固体部品に融合する。高強度の金属部品が必要な産業でよく使用される。
• バインダージェッティング：このプロセスでは、液体バインダーを粉末材料に選択的に付着させ、それを加熱して固形部品を形成する。金属、砂、セラミックに使用される。

結論

積層造形は、部品の製造方法を再構築した。この名称は、このプロセスで使用される層ごとの造形アプローチに由来する。現在、多くの産業が時間とコストを節約するためにこの技術を使用している。使用される材料は、単純なプラスチックから高級金属やセラミックまで多岐にわたる。溶融析出モデリング、選択的レーザー焼結など、それぞれのプロセスが特定のニーズに適合している。この分野は成長を続けています。

よくある質問

F: アディティブ・マニュファクチャリングとは何ですか？
Q: コンピュータ設計に基づいて、物体を層ごとに造形するプロセスです。

F: 金属を使うことはできますか？
Q: はい、チタンやスチールのような金属は、しばしばこのプロセスでプリントされます。

F: アディティブ・マニュファクチャリングの部品は、従来のものとどう違うのですか？
Q: 正確に材料を配置するため、無駄が少なく、複雑な形状が可能です。