3D プリント: インテリジェント製造方法の台頭 [南極クマシリーズ]

この投稿は Little Raccoon によって 2017-3-7 22:47 に最後に編集されました。

製造技術は大きく分けて3つの種類に分けられます。 1つは減算的製造法で、切削工具や電気化学的方法を使用して不要な材料を除去し、残った部分から目的の製品を作ります。 2 つ目は、均等材料製造です。これは、金型を使用して形状を制御し、液体または固体の材料を目的の製品に変換することを意味します。どちらの方法も、鋳造技術など3,000年以上前の青銅器時代から使われてきた伝統的な製造方法です。 3つ目は、過去30年間に開発された3Dプリント技術です。学術名は積層造形法で、材料を層ごとに積み重ねて物体を製造する方法です。
1 技術原理
米国材料試験協会の付加製造技術委員会 (ASTM F42) は、付加製造を次のように定義しています: 減算製造とは逆で、3 次元データに従って材料を統合する製造プロセス。この権威ある定義によれば、付加製造はデータによって推進されなければなりません。 3D プリント技術は、一連の付加製造技術の総称です。その基本原理は、レイヤーごとの製造、つまりラピッドプロトタイピングマシンが XY 軸座標方向に対象物の断面形状を生成し、次に Z 軸座標で層の厚さを不連続にシフトして、最終的に 3 次元部品を形成することです。人類の歴史のほとんどにおいて、私たちは、鋳造（等方性製造）や切断と穴あけ（減法製造）など、原材料を切断したり、金型で成形したりして、新しい物理的物体を作ってきました。

ほとんどの人が初めて 3D プリンティングについて聞いたとき、従来のデスクトッププリンターを思い浮かべます。 3D プリントは、実際には従来のプリントと非常によく似ており、どちらもデータ駆動型のハードウェアによって実行されます。一般的に、印刷には従来の技術のインクジェットプリンターが使用されます。プロセスは次のとおりです。コンピューターの画面で [印刷] ボタンをタップすると、デジタルファイルがインクジェットプリンターに送信され、プリンターが紙の表面にインクの層をスプレーして 2 次元画像を形成します。 3D プリンターを使用する場合も同様です。制御ソフトウェアは、スライスエンジン (3 次元モデルを複数の断面に分割するために使用される) を通じて一連のデジタルスライスを完了し、スライス情報を 3D プリンターに送信します。3D プリンターは層ごとに印刷し、固体オブジェクトが形成されるまで積み重ねます。
エンドユーザーの実際の経験から言えば、3Dプリントと従来のプリントの生産プロセスの違いを感じることはほとんどない。感じられる最大の違いは、使用される「インク」が実際の原材料であることです。この類似性があるため、積層造形技術は3Dプリント技術と呼ばれています。
通常のプリンターと3Dプリンター
実は、印刷材料や原理において両者の間には大きな違いがあります。 3D プリントの材料は、固体、液体、粉末などの形態で、金属と非金属の 2 つのカテゴリに分類できます。各タイプの材料は、1 つ以上の印刷原理に対応しています。デバイスユーザーにとって、3D プリントと従来のプリントの主な違いは、完全な 3 次元モデルをコンピューター上で設計してからプリントアウトする必要があることです。したがって、3D プリントは従来のプリントよりもはるかに複雑です。
従来の印刷と3D印刷の比較
3D 印刷プロセスには通常、データ取得、データ処理、印刷、後処理の 4 つのステップが含まれます。最初の 2 つのステップでは主にソフトウェアと光学イメージング技術が関係し、3 番目のステップでは材料、機械、電子機器が関係します。最初の 3 つのステップは互いに補完し合い、リンクのいずれかに問題があると最終的な印刷結果に影響します。後処理手順は、従来の処理方法を使用して印刷されたオブジェクトの外観と特性を改善することに重点が置かれます。
印刷工程には最も広範な技術と分野が関係するため、業界では一般的に印刷工程に重点が置かれています。 3D プリンティングのコア技術のほとんども、このステップを中心に開発されています。
2テクノロジー部門
3D 印刷技術の発展以来、さまざまな原理に基づいたさまざまな分類方法を備えた、元の技術に基づいて数十の印刷技術が派生してきました。印刷原理の違い、消耗品や成形原理の違い、印刷消耗品の種類などによる3つの分類方法を紹介します。
ASTM F42 付加製造技術委員会は、発行された「付加製造技術の標準用語」(ASTM F2792-12a) で印刷原理を 7 つのカテゴリに分類しています。
3Dプリント技術の分類（印刷原理に基づく）出典: ASTM
現在主流の3Dプリント技術は、使用される消耗品の形態や成形原理の違いにより、押し出し溶融成形、粒状材料成形、光重合成形の3種類に大別できます。それぞれのタイプは、異なる成形技術に応じて複数の品種に進化してきました。そのうち、熱溶解積層法（FDM）は押出溶融成形のカテゴリーに属し、粒状材料成形には直接金属レーザー焼結法（DMLS）、電子ビーム溶融法（EBM）、選択的レーザー焼結法（SLS）、選択的高温焼結法（SHS）、選択的レーザー溶融法（SLM）が含まれ、光重合成形にはステレオリソグラフィー（SLA）、デジタル光処理（DLP）、ポリマー射出成形（PI）が含まれます。
技術の発展と市場需要の継続的な増加により、石膏 3D 印刷 (PP)、積層オブジェクト製造 (LOM)、3 次元印刷 (3DP)、電子ビーム自由形状製造 (EBF)、レーザーネットシェイプ製造 (LENS) など、一般的な 3D 印刷技術に基づいていくつかの新しい技術が派生しました。
3Dプリント技術の分類（材料形状と成形原理による）
3D 印刷技術は、印刷消耗品の種類に基づいて、非金属 3D 印刷技術と金属 3D 印刷技術に分けられます。そのうち、FDM、SLA、DLP、3DPなどは非金属3Dプリント技術に属し、SLM、DMLS、EBMなどは金属材料3Dプリント技術に属します。
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