ノースカロライナ州の研究者が重要な3Dプリント部品の完成時間を短縮する方法を開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-5-18 17:06 に最後に編集されました

2024年5月18日、アンタークティックベアは、ノースカロライナ州立大学（NC State）の研究者が、金属3Dプリントされた機械部品の品質管理を自動的に実行できる技術を実証したことを知りました。この技術により、ユーザーは部品をプリンターから取り外すことなく潜在的な欠陥を特定できます。

△この論文は、「重要な許容誤差を持つラピッドプロトタイピング部品の特徴ベースの自動検出と認定」というタイトルで国際製造技術管理ジャーナルに掲載されました（ポータル）
「3D プリントやその他の付加製造技術が魅力的な理由の 1 つは、工場以外では製造が難しい重要な機械部品をユーザーが迅速に交換できることです」と、ノースカロライナ州立大学のエドワード P. フィッツ産業システム工学部の助教授であるブランドンマコーネル氏は述べています。「付加製造ツールは、長時間待たされる可能性のあるサプライチェーンに縛られることなく、必要に応じて製造できます。これは多くの場合、3D プリントを使用して、オンデマンドで機械部品の小ロットを製造することを意味します。」

金属機械加工部品が印刷されると、部品が重要な許容誤差要件を満たしていることを確認するために、追加の仕上げと測定が必要になることがよくあります。現在、このプロセスでは、部品を関連する製造装置から取り外し、測定し、適切な調整のために製造装置に戻します。「これは反復的で時間のかかるプロセスになる可能性がある。今回の研究でそのプロセスをスピードアップする」とマコーネル氏は説明した。

具体的には、研究者らは、3D プリント、自動加工、レーザースキャン、タッチセンシング測定技術を関連ソフトウェアと統合し、重要な許容誤差を満たす金属機械部品を製造できる高度に自動化されたシステムを作成しました。

△図は加法減法ハイブリッド（DASH）プロセスのシーケンスを示しています。このプロセスでは、レーザースキャナーを使用して部品の位置を特定し、データを収集して、部品自体に残っている余分な材料の量を判断します。スキャンデータを使用して、元の CAD モデルを機械内の部品の実際の位置に合わせるための変換マトリックスが作成されます。次に、MasterCAM プラグインを使用して、モデル全体の荒削りと重要な表面の最終仕上げのためにフライス盤にアップロードできる切削パスを自動的に生成します。
従来の技術と比較して、新しい技術は時間とコストを節約できる

金属部品（サポート構造を含む）を 3D プリントした後、機械オペレーターはサポート構造を使用してプリントした部品を仕上げ装置に取り付けます。この時点で、レーザーは取り付けられた部品をスキャンして寸法を決定します。次に、ソフトウェアプログラムはこれらの寸法と仕上げ装置をガイドするために必要な重要な許容差を使用して、部品の不規則性を効果的に研磨します。このプロセスでは、仕上げ装置が 3D プリントされた部品の方向を調整し、タッチ式ロボットプローブで測定して、部品の寸法が必要なパラメータ内であることを確認します。

新しい方法の性能をテストするために、研究者たちは従来の 3D 印刷と仕上げ技術を使用して機械部品を作成し、次に新しいプロセスを使用して同じ部品を製造しました。

△図(a)には、CADシステム上で定義された元の部品座標系の原点が表示されます。図（b）では、犠牲サポートを追加した後に再配置された部品の座標系が表示され、赤で定義されたメイン回転平面が強調表示されています。
「従来の技術では、部品を 200 分で完成させることができましたが、新しい技術を使用すると、同じ部品を 133 分で完成させることができました」とマコーネル氏は述べました。「状況によっては、67 分の節約は大きな意味を持ちます。ほとんどの専門分野では、時は金なりです。たとえば、緊急対応環境では、生死を分けることもあります。」

研究者らは、この研究はピストンを含む円形または円筒形の機械部品の印刷と加工に重点を置いていると指摘している。ただし、このアプローチは他の特性を持つ機械部品にも適用できます。

「この技術で使用しているハードウェアはすべて市販されており、必要なソフトウェアについても論文で明確に説明しているので、この新しいアプローチはすぐに採用して使用できると考えています」とマコーネル氏は述べた。「もちろん、この技術をビジネスに活用することに関心のあるパートナーとの協力も歓迎します。」

この研究は、米国陸軍研究局の助成金番号 W911NF1910055 の下で支援されました。

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