積層造形における大量生産の課題を解決し、生産効率を向上させるにはどうすればよいでしょうか?

著者: Safouan Itahriouan (Oqton、産業用付加製造チーム、アプリケーションスペシャリスト)
出典: オクトン

はじめに：製造生産工程におけるボトルネックを解消し、設計、データ準備、成形シミュレーションを最適化し、工業部品の効率的かつスムーズな生産を実現する方法。積層造形におけるシリアル化の課題を解決し、生産効率を高める方法を今すぐ学びましょう。

△Safouan ItahriouanOqton 産業用積層造形チームアプリケーションエキスパート3D プリンターが初めて市場に登場したとき、積層造形プロセスの複雑さについて非現実的な想像を抱く人が多かったです。実際、部品の生産と製造には通常、設計、最適化、データ準備、成形シミュレーションなどの複数の専門的なソフトウェアツールが必要です。これらのツールを切り替えるとボトルネックが発生し、部品の納期を正確に予測することが難しくなり、管理が難しくなります。これらの工場における個々の業務プロセスの効率には、改善の余地が大いにあることが予想されます。

このブログでは、工業用部品を 3D プリントする手順を説明し、一般的なボトルネックを明らかにし、オールインワンソフトウェアを使用してそれらを解決する方法について説明します。

大量生産の産業用積層造形における課題 3D プリントにはさまざまなハードウェアおよびソフトウェアソリューションがあり、市場には新しいテクノロジーや製品が絶えず登場しています。しかし、ワークフローの点では、手順はほぼ同じです。3D モデルを設計し、データの準備 (3D 印刷プロセスのプログラミング) を実行し、ファイルをプリンターに送信して印刷および製造を行います。

プロセスの各段階では特定のツールが必要ですが、使用するツールの数はプロジェクトの複雑さによって異なります。最も迅速で簡単なプロセスは、ユーザーがモデルを設計するために CAD ソフトウェアと、データの準備と製造のために 3D 印刷ソフトウェアを必要とすることです。より複雑なプロセスには、ラティス、ラティス、軽量化などの設計手法を使用して 3D プリント用に部品を最適化するための DfAM (Design for Additive Manufacturing) ソフトウェアが含まれます。

長年にわたり、プロセスの特定のステップに重点を置いた専門のソフトウェアプログラムが数多く存在してきました。これらのソリューションは、金属成形シミュレーションにおける熱誘起変形などの特定のシナリオで優れています。

しかし、専門化には欠点もあります。製造企業はワークフローで多くのソリューションを使用する必要があり、非効率性が増大します。エンジニアは、異なるソフトウェア間でモデルを転送し、データの変換、モデルの修復、元の設計データが失われないことへの祈りに時間を費やしています。

3D モデルのインポート すべての 3D プリント部品は 3D モデルから始まります。設計者は、SolidWorks、Catia、Siemens NX などの CAD ソフトウェアを使用してモデルを作成し、ネイティブ形式または STEP などのユニバーサル形式でソリッドボディとしてエクスポートします。

次に、エンジニアはこれらのモデルを 3D 印刷ソフトウェアにインポートし、連続的な積層製造生産操作の課題が浮上します。

現在市場に出回っている多くのソフトウェアソリューションはメッシュデータのみで動作するため、データの準備を開始する前にソリッドモデルを STL に変換する必要があります。 CAD データからの変換には数時間かかる場合があり、生成された STL モデルには、制御できないデータサイズ、読み取り、編集などの問題が残る可能性があります。

ある顧客の熱交換器の STL ファイルのサイズは 34 GB でしたが、元の CAD ファイルはわずか 158 MB でした。 34 GB のファイルの読み込みには数時間かかる場合がありますが、158 MB のファイルの読み込みには数秒しかかかりません。

さらに悪いことに、このサイズのデータファイルは後で処理するのが困難です。たとえコンピュータ構成が 34 GB のモデルデータを処理できるとしても、形式変換によるモデル設計データの偏差は依然として発生します。結局のところ、STL は CAD モデルのおおよその組み合わせにすぎません。ロケットエンジン内の小さな通路などのエンジニアリング設計の詳細は、STL データに正しく変換されない可能性が高くなります。

ソリッドモデルやその他のジオメトリを 3D ソフトウェアに直接ロードして、引き続き操作できれば、これらの問題を回避できます。 3DXpert は CAD を中核として構築されているため、3DXpert ユーザーはデータの整合性の損失、時間のかかる変換、ファイルの修復について心配する必要がありません。データファイルをインポートして作業を開始するだけです。

積層造形のための DfAM デザイン 3D モデルが読み込まれると、製造業者は DfAM ツールを使用して部品のパフォーマンスを向上させることができます。 DfAM (積層造形設計) は、従来の製造方法では実現できないさまざまな可能性をもたらします。たとえば、格子設計は自動車や航空宇宙部品の質量を削減したり、熱交換器の性能を向上させたりするために使用できます。また、トポロジー最適化を使用してブラケットの軽量化を最適化することもできます。

(制御バルブの重要なサービス部品を印刷するエマーソンは、当初、不要なフォーマット変換を必要とする複数のソフトウェアワークフローを使用していました。エマーソンの付加製造研究開発マネージャーであるトムガブリエル氏によると、3DXpert を使用することで、「ソフトウェア操作を大幅に削減」し、「データの整合性を維持し、ワークフローから冗長性を排除する」という目標を達成しました。)

すべての 3D 印刷ソフトウェアにこれらの機能が備わっているわけではないため、製品開発チームはラティスを生成するためにワークフローに別のソフトウェアを導入しなければならない場合があります。ソフトウェアが増えると、ワークフローの追跡可能性を実現することが難しくなり、データの整合性が損なわれるリスクが高まります。ファイルがさまざまなソフトウェアソリューションに保存されている場合、正しいバージョンのファイルをチーム全体に迅速に配信することが難しくなります。

しかし、DfAM は積層造形の一部であるべきです。すべてのプロジェクトで使用するわけではないかもしれませんが、このオプションがあることは非常に重要です。 3DXpert には、ラティス、サーフェスフィン、インフィル、暗黙のモデリング、コンフォーマルパイピング設計機能など、さまざまなパラメトリック機能が搭載されています。 3DXpert ユーザーは、部品を迅速に最適化し、ファイルの追跡可能性を維持できます。

データ準備 - 3D プリントと自動化の融合 データの準備には、特に類似の部品を大量に印刷する場合や、高価値の部品の設計を複数回繰り返す場合に、非常に反復的な一連の手順が含まれます。

反復的で規範的な操作が必要な場合はいつでも自動化の可能性があり、3DXpert にはこの目的のための多くのツールが装備されています。

1 つ目は、3D プリントの「ダークサイド」であるサポート構造です。サポート構造は、張り出した部品やブリッジを印刷したり、部品を基板に固定したり、熱を放散したりするために不可欠です。ただし、サポート構造により、追加の材料の使用と後処理作業のために製造コストが増加します。

サポートソリューションを最適化および自動化することで、製造企業は時間と材料を大幅に節約できます。 3DXpert を使用すると、印刷の成功を確実にしながら材料を無駄にしないことのバランスをとることができます。

サポートテンプレート、メタテンプレート、スクリプトなどの機能を通じて、3DXpert ユーザーは同様のパーツのデータ処理に同じ戦略を適用できます。顧客が最初の印刷から 1 か月以内にエンジニアリングとプロセスの変更を提案した場合でも、古いバージョンを新しい部品バージョンに置き換えることで、同じデータ準備プリセットをすべて適用できます。

高度な成形シミュレーション 正しいサポート設計が生成されたら、ユーザーは、製造上の欠陥が発生する前に問題を特定するために、印刷プロセス中のパーツの状態と動作を事前に検証する必要があります。ビルドシミュレーションは、特に直接金属レーザー焼結 (DMLS) などの高価なプロセスにおいて、3D プリントのコストを削減するために重要です。

ただし、すべての 3D 印刷ソフトウェアソリューションに成形シミュレーション機能が含まれているわけではないことに注意してください。多くの製造会社は最終的にワークフローに別のソフトウェアを追加しますが、これによりデータ形式の変換のリスクや追加の従業員トレーニングの必要性も生じます。

特に、3DXpert にはデータ準備に統合された高度な成形シミュレーションエンジンがあり、複数の独立したソフトウェアツールを扱う際に発生するエラーや非効率性を削減できます。

3Dプリント大量生産 ワークフローの最終段階では、スライス、パスの塗りつぶし、ラベル付け、タイプセッティングを行います。これらは標準的な 3D 印刷ソフトウェアで実行できる操作ですが、大量生産に必要な柔軟性と効率性がこのソフトウェアの特別な点です。

スライスを例に挙げてみましょう。これは 3DXpert にとって最大の時間節約の機会の 1 つです。 Agile Space Industries のようなオンデマンドのカスタム製造サービスから航空宇宙推進製造の専門家まで、多くのユーザーが 3DXpert を使用してスライス時間を大幅に短縮できることを実感しています。

「3DXpert Slicing を使用することで、データ準備から機械加工までのプロセス全体で 60% ～ 70% の時間が短縮されました」と Agile Space の Additive Manufacturing ディレクター、Kyle Metsger 氏は述べています。

3DXpert はマルチコアと GPU アクセラレーションを最大限に活用します。ユーザーは、スライスおよび成形シミュレーションプロセスを複数のコアを備えた専用ハードウェアにオフロードできるため、エンジニアはローカルワークステーションで他のアクティビティに集中できます。さらに、3DXpert では、他のすべてはそのままにして、新しい部品のマーキングのみを再スライスできるため、ユーザーは連続生産を効率化できます。

スライサーとインキュベーターのもう一つの利点は、その柔軟性です。プリンターにプラグアンドプレイのパラメータセットが必要な場合でも、究極のカスタマイズが必要な場合でも、3DXpert は製造会社のニーズを満たすことができます。

デバイス固有の性質により、メーカーはさまざまなプリンターで 3DXpert を使用できます。 3DXpert は、複数のマシンベンダー向けの直接スライス機能と、ソフトウェア開発キット (SDK) を介した OEM スライサー接続を提供します。これにより、メーカーは特定の 3D プリンターが理解して使用できる形式でファイルをエクスポートできるようになります。

部品をスライスしたら、熱間成形シミュレーションを実行して、変形や過熱した層をチェックし、補正することができます。成形シミュレーションの結果に基づいて、特定のレベルの待機時間を作成し、効率を高めながら熱安定性を実現します。

3DXpert で製造業の未来へ進みましょう 新しい応用事例が継続的に出現していることは、付加製造が製造生産モデルに大きな影響を与えていることを示しているようです。しかし、積層造形は、適切なツールがなければコストがかかり、時間がかかるプロセスでもあります。

3D プリントを始めたばかりの方、または既存のセットアップの効率を改善したいとお考えの方は、3DXpert がワークフローのあらゆる段階でクラス最高の機能を提供し、成功への道へと導きます。すべてのプロセスを 1 つのソフトウェア環境で完了することで、生産を合理化し、効率を最大化し、コストのかかるミスを回避することができます。

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