Solukonの自動粉末除去ソリューションは、中型LPBFの複雑なコンポーネントの後処理の問題を解決します。

長年にわたり、金属レーザー粉末床溶融結合（LPBF）の工業化は「粉末除去のボトルネック」に悩まされてきました。たとえ機械がより高速かつ高出力で印刷できるように最適化されたとしても、手作業による粉末除去の必要性は実際の進歩の障壁となり、印刷された部品のリードタイムが長くなるだけでなく、より多くの技術的スキルと労力が必要になります。幸いなことに、この傾向は変わりつつあります。ドイツのSolukonなどの企業が開発した自動脱粉ソリューションにより、部品メーカーは脱粉などの後処理ステップを早期に実行することで、積層造形の生産性を達成できるようになりました。 Solukon は、2015 年に初の産業用自動粉末除去システムを発売して以来、ほぼ 10 年にわたって自動後処理のリーダーとして活躍しています。これらの自動化ソリューションは、金属部品の生産のための自動化されたエンドツーエンドのワークフローを確立する役割も果たします。

Solukon の最新システムである SFM-AT350/-E は、最大100 kg (ビルドプレートを含む) の複雑な中型部品の取り扱いに特化して設計された高度なソリューションです。通常、最も困難な粉塵除去の課題を考えるとき、人々は熱交換器やロケット推進システムなど、多数の内部通路を持つ大型で複雑なコンポーネントを思い浮かべます。高さが最大 1 メートル、重さが数百キログラムにもなる大型部品の粉末除去は難しいのは言うまでもありませんが、より一般的な中型サイズの部品にも独自の複雑さが伴います。 Solukon は次のように語っています。「中型コンポーネントの場合でも、複雑さが増し、洗浄品質とプロセスの透明性に対する要求が高まっています。」

中型部品の複雑化が進む<br /> 当初、自動粉末除去ソリューションの主な焦点は労働安全衛生でした。基本的なソリューションを使用することで、より高いレベルのセキュリティを簡単に実現できます。複雑な形状を持つ 3D プリントされた中型金属部品の人気が高まるにつれ、安全性の側面に加えて、製造技術の経済的実現可能性を達成し維持するために、自動粉末除去が不可欠な要素となっています。同時に、統合を必要とする構造や複雑な内部冷却チャネルを備えたコンポーネントを製造する場合など、従来の製造プロセスでは要件を満たすことができない場合に、積層造形技術が最も効果的です。つまり、この技術を最大限に活用するには、最適化された形状を設計し、そこから粉末を効果的に除去できる必要があります。
Solukon の CEO 兼 CTO である Andreas Hartmann 氏は次のように説明しています。「LPBF で印刷した部品が簡単に脱粉できる場合、レーザーパウダーベッドフュージョン技術の潜在能力を十分に活用できていません。言い換えれば、部品が複雑になるほど、脱粉プロセスも複雑になります。3D 印刷部品の複雑さは継続的に増加しており、中型部品セグメントでは、新しいプログラム機能を備えた複雑な脱粉ソリューションが必要であることは間違いありません。」

粉末除去の新たな基準を設定<br /> ここで、Solukon の SFM-AT350/-E システムが役立ちます。現在、中型 LBPF 用のベストセラーの粉末除去システムであるこのコンパクトな産業用システムは、高度に自動化されている (したがって、すべてのステップで人間の介入が不要) だけでなく、叩いたりブラッシングしたりする手動の方法よりも、中型の金属プリントから実際に粉末を除去するのに効果的です。
機械の粉末除去機能は、ハードウェア機能とソフトウェア機能の組み合わせによるものです。ハードウェアの面では、このシステムは Solukon のインテリジェントな粉末リサイクル技術に基づいており、完全に保護された環境で拡張された部品の動き (水平軸の 250 度回転とビルドプレートの無限回転) を統合しています。システム内部では、印刷された部品とビルドプレートは、特定の動きと回転をプログラムできる完全に回転可能なターンテーブルに固定されます。この継続的な動きは、ターゲットを絞った振動によって強化されます。
この点について同社は、粉末除去ソリューションには2つの励起オプションが用意されていると指摘した。標準のSFM-AT350には空気圧励起とオプションのタッピングシステムが装備されており、2023年10月にリリースされるSFM-AT350-Eには圧電（超音波）衝撃が装備されている。後者は、高周波および自己調整振動により、印刷された部品を非常に優しく洗浄することができます。これらの自動化機能は、圧縮空気または不活性ガスを使用した手動仕上げを可能にするグローブポートを補完します。プロセス全体を通じて、すべての粉末はシステムの底にある密閉容器に回収され、簡単に再利用またはリサイクルできます。
Solukon の粉末除去ソリューションはどちらも、以前は最大 60 kg の重量の部品を処理できました。この技術をより広範囲の中型部品に適用できるようにするため、同社は最近、より大きなキャビティ容量を持つようにシステムをアップグレードしました。今月から、SFM-AT350/-E は、最大400 x 400 x 400 mm (または 500 x 280 x 400 mm) のサイズ、最大 100 kg の重量の部品の粉末除去が可能になります。

スマートな粉末除去<br /> あらゆる付加製造技術や後処理技術と同様に、ハードウェアは全体の一部に過ぎません。ソフトウェアも同様に重要な役割を果たします。 Solukon の SPR-Pathfinder ソフトウェアは、さまざまな方法で移動できるマシンを、特定の添加剤の形状から粉末を除去するために特定の方法で移動するマシンに変換します。
「ある一定の複雑さを超えると、粉末を完全に除去するために部品をどのように動かす必要があるかを肉眼で確認することは不可能です」と同社は言う。部品の内部構造についてより詳しい情報を提供する CAD ファイルでさえ、粉末を除去するための明らかな動きのパターンを明らかにすることはできない。ソフトウェアは、SFM-AT350/-E 内の特定の部品形状に対して最適化された動作パスを計算することで、このギャップを埋めます。このパスは、部品のデジタルツインに基づいてフローシミュレーションを生成します。この革新的なアプローチは、デジタルツインテクノロジーが商業的な後処理に使用される初めての事例となります。
ユーザーの観点から見ると、このソフトウェアにより、粉末除去の時間と労力を大幅に削減できます。 SPR-Pathfinder は、ユーザーが印刷部品の CAD ファイルをアップロードするだけで済む「ファイアアンドフォーゲット」ソリューションとして説明されています。その後、ソフトウェアはハードウェアの動作パターンを自動的に計算し、最適な粉末除去効果を実現します。特に、ビルドプレートに複数のパーツが取り付けられている場合、ソフトウェアはビルド全体の動作シーケンスを計算できます。
Solukon の SPR-Pathfinder ソフトウェアは、私たちが注目している SFM-AT350/-E ソリューションと互換性があるだけでなく、より大規模なビルド向けに同社の SFM AT800-S および SFM-AT1000-S と組み合わせることもできます。

測定可能な後処理への道<br /> Solukon の SFM-AT350/-E システムによる自動粉末除去により、中型 LPBF の複雑さを解決します。 Solukon の自動粉末除去ソリューションは、レーザー粉末床溶融結合のための測定可能で透明な後処理を提供するという同社の幅広い使命において重要な役割を果たしています。同社は次のように述べている。「印刷の下流のプロセスは、ユーザーが付加製造ラインの効率を明確に理解できるように、透明性を持って流れていなければなりません。」また、この目標の中心となるのは、プロセス監視、粉末除去自動化、デジタル統合のための一連のセンサーとインターフェースで構成される同社のデジタルファクトリーツール (DFT) です。
具体的には、DFT ソリューションは、脱粉プロセス全体を通じてプロセスデータ (残留酸素含有量、湿度、チャンバー圧力、消費電力、衝撃頻度など) を記録し、そのデータをプロトコルファイルに合成します。ユーザーは関連データに重要な制限を設定することもできるため、逸脱があれば明確に表示され、いつでも分析できます。監視ツールは、メディアの消費量を測定したり、除塵プロセスの二酸化炭素排出量を出力したりすることもできます。これらの機能は、将来の基準や規制の検証に役立ちます。
すべてのプロセス監視データは最終的に OPC UA を介してコンパイルされ、コントロールセンターのデジタルダッシュボードに統合されます。つまり、Solukon システムは中央制御センターから監視したり、リモートで制御したりすることもできるため、自動化された生産ラインに簡単に統合できます。
Solukon の DFT ソリューションは、粉末除去ソリューションと統合できるオプション機能です。同社によれば、現在SFM-AT350の顧客の約85%がDFTを使用しており、良好な結果を報告しているという。
ハートマンは次のように結論づけています。「業界は、『なぜこの問題が起きるのか』という問いから、『どうやって解決するのか』という問いへと移行しました。言い換えれば、当社の顧客やその他の関係者は、高品質の積層造形には自動化された粉末除去が不可欠であることに気付き始めたのです。なぜ粉末除去が必要なのかと問うのではなく、当社の技術の個々の利点と具体的な用途を詳しく検討するようになりました。当社は、業界全体が恩恵を受けるこの重要な開発の重要な推進役でした。」
最終的には、Solukon の SFM-AT350/-E などの自動化されプロセス監視された粉末除去ソリューションにより、印刷された部品に粉末が残らず、下流の後処理の準備が整っていることが保証され、金属部品生産のエンドツーエンドの透明性が向上します。

Solukonの自動粉末除去ソリューションは、中型LPBFの複雑なコンポーネントの後処理の問題を解決します。

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