小型部品の量産性を探る、自動車部品製造におけるバインダージェッティング技術の応用

バインダージェッティング技術により、部品を基板から分離し、粉末層で形成できるため、金属部品の大量生産が可能になります。これは、金属積層造形の効率を向上させ、金属積層造形のコストを削減する上で大きな意義があります。また、金属3Dプリント技術をより幅広い産業分野に適用するための条件も整えます。スウェーデンのバインダージェッティング3Dプリント機器メーカーであるDigital Metalは、自社の技術を複雑な小型部品の大量生産に位置付けており、これまでにバインダージェッティング技術を使用して自動車メーカー向けにいくつかの複雑な小型部品を生産してきました。

小型で複雑な自動車部品
金属粉末材料の生産を専門とする Höganäs グループの子会社である Digital Metal は、バインダージェッティング金属積層造形機 DM P2500 を発売しました。

DM P2500 は、バインダージェッティングプロセスを使用して部品を製造します。バインダーはエポキシ樹脂です。ノズルは部品の形状に応じて接着剤を正確にスプレーし、材料を層ごとに接着します。このプロセスは部品が完成するまで継続されます。印刷プロセス全体は制御された方法で実行されます。最後に、バインダーを焼結炉で焼き尽くして純粋な金属部品を得ます。

画像出典: Digital Metal
生産においては、バインダージェッティングシステムは正確で再現性が高く、DM P2500 は 35 ミクロンの解像度で非常に小さく正確な部品を製造できます。 Digital Metal によれば、焼結プロセスでは通常、平均表面粗さは Ra 6.0 ミクロンとなり、これは多くの最終用途の部品や機能に十分な粗さです。表面粗さが非常に細かいため、複数の部品に組み立てるのではなく、一度に多くの部品を 3D プリントできます。後処理プロセスにはサンドブラストと研磨が含まれ、必要に応じて表面仕上げをさらに向上させることができます。 Digital Metal は現在までに、316L および 17-4PH ステンレス鋼、および Ti6Al4V チタン合金の 3 つの材料を扱っています。

パフォーマンス向上設計のスポーツカーパーツ
Digital Metal は、スウェーデンのスポーツカーメーカー Koenigsegg 向けにスポーツカーのフロントガラスウォッシャーノズルを製造しました。

画像出典: Digital Metal

ケーニグセグのスポーツカーは、車両の性能向上に細部までこだわり、細心の注意を払って手作りされています。そのため、ケーニグセグは、フロントガラスウォッシャーノズルのような一見重要でない部品に対しても、その機能と外観に対して極めて高い要件を課しています。

バインダージェット 3D プリントを使用して製造されたこの部品は、ノズル内部に性能向上機能があり、部品の外側に会社のロゴが付いているなど、非常に巧妙に設計されています。 3Dプリント技術による自動車部品の生産は、スポーツカーなどの高級品だけが享受できる「特権」ではありません。今後は一般の自動車にも3Dプリント部品が使われることがますます増えていくでしょう。例えば、米国のゼネラルモーターズは金属製の3Dプリントシートブラケットを開発しており、1年以内にこの軽量ブラケットを自動車に搭載する予定です。
軽量部品や機能統合部品の製造における 3D プリント技術の利点は、より多くの自動車メーカー、特に新エネルギー車メーカーが検討し、探求する価値があります。新エネルギー車は、単に電力システムを置き換えるだけではなく、車両の設計やコンポーネントの性能を再構築するものでもあるため、3D プリント技術は、製品設計の最適化とアップグレードの面で新エネルギー車と組み合わせられる可能性があります。

バインダージェッティング技術により、金属 3D プリントが自動車などのより広範な工業生産分野に参入できる可能性が広がります。バインダージェッティング技術は、粉末床金属3Dプリント技術と比較して、材料コストが低く、粉末自立方式を採用しているため、印刷後の処理の難しさが軽減されます。また、金属部品にキャビティやクローズドグリッドなどの構造を設計する際に、サポートの追加を考慮する必要がないため、設計と印刷準備の難しさが比較的軽減されます。

また、バインダージェッティングシステムは、大型3Dプリントシステムへの拡張も容易です。現在、Exone社は造形サイズ800x500x400mmのバインダージェッティング装置を発売しており、GE社も大型バインダージェッティング3Dプリント装置を開発中です。印刷中に部品を印刷基板上に形成する必要がないため、1 回の印刷で製造できる部品の数が大幅に増加します。これらの特徴により、バインダージェッティング技術は大量生産に適したものになります。

しかし、バインダージェッティング技術は唯一の金属 3D 印刷技術ではなく、多くの面で粉末床金属 3D 印刷技術に取って代わることはできません。たとえば、この技術は、印刷精度と材料特性の点で、まだ粉末ベッド技術に匹敵するものではありません。

出典: 3Dサイエンスバレー

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