3D プリンティングは、21 のテクノロジーの中で最も革新的なテクノロジーの XNUMX つです。st 世紀が経ち、物事の作成、設計、構築の方法は着実に変化しています。したがって、3D プリンティング業界が製造小売業者にとって最も注目すべき業界の XNUMX つであることは驚くことではありません。
ただし、多くの購入者は、3D プリンティング技術のさまざまな革新について最新情報を得るのに苦労しているかもしれません。この記事では、知っておくべき XNUMX つの主要なテクノロジーについて説明し、適切な印刷プロセスを選択するための重要なヒントを提供します。
目次
3Dプリントとは何ですか？
3D プリンティング業界の概要
7種類の3Dプリント技術
適切な 3D プリントプロセスを選択する方法
まとめ
3Dプリントとは何ですか？
3D プリントは、積層造形として知られるプロセスの一部であり、材料を層ごとに追加してオブジェクトを作成します。このプロセスは、自動車部品やジェットエンジンの部品を製造するために大規模製造業で使用されていますが、小規模な製造設備を使用して家庭や業務用にも使用できます。 3Dプリンタ.
3D プリントの最初のステップには、プリントするオブジェクトの設計図の作成が含まれます。ユーザーが 3D デザインを作成したら、それをプリンターに送信し、プリンターがデータを受け取り、材料をチューブに通して溶かし、プレート上に置き、そこで瞬時に冷却します。完全に形成された構造が現れるまで、プリンターが一度に 3 層ずつマテリアルを追加するため、XNUMXD オブジェクトは層を重ねることで作成されます。
3D プリンティング業界の概要
3D プリンティング市場は着実に成長しています。 2023 年、世界市場の評価は 20.67億米ドル – この数字は、91.8 年までに 2032 億米ドルに増加すると予想されています。市場アナリストは、この成長が 18.92% の年間複合成長率 (CAGR) で起こると予想しています。
デジタル技術の隆盛は、現代の製造業にとって理想的な 3D プリンティング産業の隆盛に影響を与えています。多くの国がすでに 3D プリンティングを導入しており、3 年には米国が 2023D プリンターの購入に関して最大の支出国となり、市場シェアの 34% 以上を占めます。 3D プリンティング技術の需要が高まり続ける中、適切な 3D プリンティング ツールを調達する企業は、広大な市場から恩恵を受けることができます。
7種類の3Dプリント技術
世界中で実用化されている3Dプリント技術にはいくつかの種類があります。これらのタイプを理解することは、小売業者が製品を在庫する際に情報に基づいた意思決定を行い、需要に基づいた製品の選択を強化するのに役立ちます。それらには次のものが含まれます。
1.ステレオリソグラフィー（SLA）
光造形、または SLA は、レーザーを使用して液体樹脂を硬化させてプラスチックを硬化させる 3D プリント プロセスです。逆さままたは逆ステレオは、最も一般的な SLA システムです。
機械に応じて、樹脂はユーザーによってタンクに注入されるか、カートリッジから自動的に供給されます。
プリントの開始時に、構築されたプラットフォームが樹脂上に降ろされ、構築領域とタンクの底の間に液体の薄い層だけが残ります。
レジンタンクの底にある透明なガラスにより、検流計が UV レーザーを制御し、3D モデルの断面をスケッチし、材料を選択的に硬化させることができます。プリントは連続した層で構成されており、各層の厚さは 100 ミクロン未満です。
層が完成したら、プラットフォームを再び下げ、コンポーネントをタンクの底から剥がして、新しい樹脂を下に流し込みます。
SLA はもともと 80 年代に開発されましたが、最近まで大型産業機械に限定されていました。現在、デスクトップ リソグラフィーは、ユーザーのワークスペースに簡単に収まる、手頃な価格の高解像度 3D プリンティングを提供します。
SLA を使用すると、さまざまな物理的特性を持つ幅広い材料を使用できます。エンジニア、プロダクト デザイナー、彫刻家、宝石商、歯科医のいずれであっても、応用できる素材があります。
2. デジタル ライト プロセッシング (DLP)
In デジタルライト処理 または DLP の場合、3D オブジェクトを硬化して製造する実際のプロセスは、3 つの違いを除いて SLA 3D プリントと同じです。光造形では、レーザーを使用してオブジェクトの XNUMXD レプリカをタンクの表面に投影し、別のレイヤーの上にレイヤーを作成します。
デジタル光処理の場合、レーザーはアークランプまたは光源に置き換えられます。光は液状ポリマーの表面に目的の形状に投影され、特定の液状ポリマーは硬化しやすいため、形状を形成するのにレーザーよりも時間がかかりません。その結果、SLA よりも高速な 3D プリント プロセスが実現します。
デジタル光処理では、ナイロン、ABS、熱可塑性プラスチックなどのさまざまな素材が使用されます。したがって、多用途です。また、高解像度でのボトムアップ印刷を使用して、さまざまな形状を製造します。
3. 溶融堆積モデリング (FDM)
この積層型 3D プリンティング プロセスでは、量産グレードの熱可塑性材料を使用して、プロトタイプと最終用途の部品の両方を製造します。
この技術は、形状の詳細を正確に作成できることで知られており、優れた強度対重量比を備えています。コンセプト モデル、機能プロトタイプ、製造補助品、および少量の最終用途部品に最適です。
この FDMプロセス まず、3D CAD データをレイヤーに「スライス」します。次に、データはマシンに転送され、ビルド プラットフォーム上でパーツがレイヤーごとに構築されます。
熱可塑性プラスチックとサポート材の細い糸状のスプールを使用して、各部品の断面を作成します。ホットメルト グルーガンと同様に、コイルから外された材料が二重加熱されたノズルからゆっくりと押し出されます。ノズルはサポートと 3D プリント材料の両方を前の層の上に正確に配置します。
押し出しノズルは水平 XY 平面内で移動し続け、その間、構築プラットフォームは下降し、パーツを層ごとに構築します。ユーザーは完成したパーツをビルドプラットフォームから取り外し、サポート材を取り除きます。
RAW FDM パーツには目に見える層の線があります。手作業によるサンディング、組み立て、化粧塗装などの複数の仕上げオプションを適用して、滑らかで均一な表面の部品を作成できます。
FDM 部品は ABS、ポリカーボネート、ウルテムなどの熱可塑性プラスチックで作られていますが、機能性と耐久性の両方を兼ね備えています。
4.選択的レーザー焼結（SLS）
SLS印刷 フィラメントや樹脂の代わりに粉末を原料とするレーザーパウダーベースの印刷です。印刷プロセスは、パウダー リザーバーを下げ、熱可塑性プラスチック パウダー (通常はナイロン) を充填することから始まります。
粉末を構成する粒子は直径100ミクロン未満の丸い粒子で、滑らかな質感を持っています。これにより、パウダーを薄く緻密な層に広げることができ、これは SLS プリントを成功させるために重要です。
印刷を開始する前に、粉末は加熱コイルによって溶融温度のすぐ下に加熱されます。場合によっては、 赤外線ランプ。少量のエネルギーが必要となるため、レーザーがパウダーを溶かしやすくするために、プリント中パウダーはこの温度に保たれます。また、温度勾配による印刷部分の反りも防ぎます。
ブレードやローラーなどのパウダー スプレッダーは、ビルド プラットフォーム上に薄い均一な層を作成します。次に、レーザーが造形エリアの領域を選択的に加熱して、粉末を所定の形状に溶かします。この部分が繰り返され、層ごとに各ピースの高さが高くなります。
粉末に欠陥やアーチファクトがある場合、これらの欠陥が部品に直接影響し、機械的特性が低下したり、印刷障害が発生したりする可能性があることは明らかです。そのため、滑らかで均一な層が重要です。
すべてがうまくいけば、未入力の粉末が印刷部分を完全に包み込みます。これは、SLS 印刷にはサポート材が不要であることを意味します。あらゆる形状を印刷できます。唯一の制限は、印刷後にルースパウダーを除去するのに十分なスペースが必要であることです。
5. 選択的レーザー溶融 (SLM)
この 選択的レーザー溶融 このプロセスでは、金属粉末材料を使用してオブジェクトを層ごとに構築します。さまざまな金属を使用して物体を作成するために使用され、通常は密度が高くなります。この 3D プリント技術では、レーザーを使用して金属粉末を溶かし、冷却して固めます。
レーザー サイクルごとに、作成中のオブジェクトの新しいスライスが生成され、スクレーパーが粉末を再分配するときに作業プラットフォームが片側の厚さだけ下降します。溶けた金属は凝固し、このプロセスが繰り返されます。
プロトタイプが完成するまで、レーザーで古い層と新しい層を融合させます。各コンポーネントは、コンポーネントを取り外した後、サポートを取り外して作業プラットフォームに溶接されます。
完成した物体は、未使用のリサイクル可能な粉末から除去され、余分な粉末が取り除かれ、非常に頑丈な精密製品が得られます。
選択的レーザー溶解は、複雑なコンポーネントを迅速に製造する必要がある場合にその価値を発揮します。また、適合冷却などの統合された機能要素を備えた複雑な製品の製造も可能になります。
6. 電子ビーム溶解 (EBM)
電子ビーム溶解 これは金属積層造形プロセスであり、電子ビームを使用して固体金属部品を構築するために層ごとに溶融された粉末金属の層から出発します。
SLS や SLM などのより一般的なレーザー粉末床融合技術と比較すると、これは高エネルギーのプロセスであるため、電子ビームが使用されます。
電子ビーム溶解は通常、真空下の高温の機械内部で発生します。ユーザーはまず、金属粉末の層を造形領域全体に広げ、そのすべての粉末を予熱します。次に、電子ビームが物体の構築に必要な場所を溶かすことによって、物体を融合させます。
このプロセスが繰り返され、最終的には予熱された粒状材料を含む半固体の粉末ブロックまたはケーキが完成します。次のステップでは、ブロックの電源を切ってからワークフローを続行する必要があります。
EBM の利点の 1 つは、より高いエネルギー源により、より大きな直径のエネルギー源の使用が可能になることです。 金属粉, これも作業が簡単です。また、微粉末を扱う場合でも呼吸器系のリスクはありません。したがって、EBM を使用すると、特別な安全装置なしで粉末を扱うことや粉末の周囲で作業することが可能になります。
電子ビーム溶融のもう 1 つの利点は、レーザー粉末床溶融よりも高い温度で行われることです。これにより、熱応力の管理が向上し、反りや歪みが減少し、寸法精度が向上します。
電子ビーム溶解は医療用インプラントの製造に一般的に使用されていますが、航空宇宙工学や自動車工学でも使用されています。
7. 積層造形物製造 (LOM)
もう一つの3Dプリント技術は、 積層物品の製造。ラミネート オブジェクト製造 (LOM) は、コート紙、プラスチック、または金属のラミネート層をうまく接着し、切断ツールやレーザー カッターで所定の形状に切断するラピッド プロトタイピング プロセスです。
構築プロセスの各レイヤーには、多くの部品のうちの 1 つの断面が含まれています。処理が開始される前に、CAD から派生した STL ファイルの画像がプリンターに供給されます。 LOM システム ソフトウェアはスライシング機能を計算して制御しますが、ラミネートとオブジェクトの向きは手動で行われます。
構築プロセスでは、システムは 3D モデルの断面を作成し、モデルの正確な高さを測定し、それに応じて水平面をスライスします。次に、ソフトウェアはクロスハッチとモデルの周囲を画像化します。
より大きなビームで一度に材料の 1 層の厚さを切断し、周囲が焼成された後、モデルの境界が残りのシートから解放されます。
以前に形成された層のスタックを備えたプラットフォームが下降し、材料の新しいセクションが前進します。
プラットフォームが上昇し、加熱ローラーが 1 回の往復運動で材料をスタックに積層し、前の層に接着します。次に、垂直エンコーダが杭の高さを測定し、新しい高さをスライスに伝えます。このシーケンスは、すべてのレイヤーが構築されるまで続きます。
材料が完全に配合された後、材料の処理が続きます。これには、LOM ブロックから積層部品を分離することが含まれます。分離後、必要に応じて、物体をサンディング、研磨、または塗装することができます。
適切な 3D プリントプロセスを選択する方法
企業は正しい選択ができる 3D印刷 いくつかの重要な要素を考慮した場合にのみ、この方法を使用します。特定のテクノロジーに投資する前に優先すべき 3 つの重要な要素を次に示します。
1. 製造またはプロセス能力
まず、3D プリント技術を選択するときは、製品を作る手順の実用性が重要になります。製造されたオブジェクトの物理的特性は、ユーザーが印刷方法を絞り込むのに役立ちます。これらには、完成品の望ましい厚さ、精度、サイズ、またはサポート構造が含まれます。
たとえば、SLA 印刷の最小壁厚は 0.6 mm ですが、デジタル ライト処理では最大 0.2 mm まで対応できます。印刷オブジェクトの結果は、溶融蒸着では最も精度が低くなりますが、SLA は最も正確で、最高の解像度を持ちます。
SLS または SLA は、ほとんどの 3D プリンティングのニーズに最適ですが、専門家の取り扱いが必要なより複雑なデザインは、FDM、EBM、または LOM プリンティングを通じて実現できます。
2. 端部部品の特性または機能
理想的な 3D プリント プロセスを選択するもう XNUMX つの方法は、最終製品の機能を考慮することです。これには、環境条件の影響を受けないか、柔軟性、剛性、および耐薬品性や耐熱性、生態学的安全性、さらには食用であるかどうかなどのその他の物理的側面を調べることが含まれます。
湿気や日光にさらされると、製品の品質に影響を与える可能性があります。したがって、耐熱性および耐湿性は保証されません。 樹脂系 SLA や DLP などのプロセス。したがって、ユーザーは EBM、SLM、または LOM 印刷技術などの粉末注入ベースの方法を検討する可能性があります。さらに、これらの技術を使用して印刷されたアイテムは、最も強力な化学的特性を持っています。
これは、SLA と DLP が過酷な外部要素にさらされない材料の印刷に適している一方、電子ビーム溶融選択レーザー焼結法が工業グレードの材料の印刷に最適であることを意味します。
3. 材質と仕上げ
最後に、企業は、オブジェクトの製造に使用する素材の種類と、印刷に期待する仕上がりを強調する必要があります。 3D プリントに使用される最も一般的な材料には次のものがあります。 フィラメント, 粉、樹脂、これらの材料はさらにポリマーまたはプラスチック、金属、セラミックス、および 複合材.
プラスチックは熱可塑性プラスチックと熱硬化性樹脂にも分類されます。 SLS と FDM は熱可塑性プラスチックに最適ですが、熱硬化性樹脂に最適な印刷技術は光リソグラフィーとデジタル ライト プロセッシング (DLP) です。
金属材料は最も強力な品質を備えており、航空宇宙、自動車、医療用途に適しています。ドアのヒンジやその他の軽い用途の金属部品などの丈夫な部品を作成する場合には、材料の種類も重要になります。 SLM、LOM、および EBM プロセスは、このようなニーズに対応する印刷ソリューションを提供します。
一方、これらの印刷技術の違いにより、仕上がりも異なります。たとえば、メッキまたは光沢のある仕上げを求めている場合は、SLA および FDM 技術を選択できます。 SLAとDLPはクリアフィニッシュを実行します。選択的レーザー焼結を使用すると、染色またはマット仕上げが可能です。
まとめ
最終的には、さまざまな 3D プリント技術があり、適切なものを選択するのはユーザーのニーズによって決まります。素材や実用性などの他の要素も、使用するテクノロジーの種類を決定します。成功する 3D プリントの旅に乗り出す準備ができているユーザーは、さまざまな信頼性の高い 3D プリンタを探索できます。 Chovm.com.
