OMICとダイムラーが大型部品向けワイヤーDED技術を共同開発、3日でトラック用金型を製造

2023年11月28日、アンタークティックベアは、オレゴン製造イノベーションセンター（OMIC）とトラックメーカーのダイムラーが協力して、大型射出成形金型に適用できるワイヤ送給式指向性エネルギー堆積（DED）技術を研究していることを知りました。彼らの共同プロジェクトは、ワイヤーアーク積層造形（WAAM）が金型製造のリードタイムを短縮する可能性を実証するとともに、積層造形が効率性と革新において重要な役割を果たす金型製造の将来の新たな方向性を予見するものでもあります。 WAAM のマルチマテリアル印刷機能と代替冷却技術を調査することで、金型製造プロセスがさらに強化され、異なる材料特性を持つハイブリッドツールや、従来のチャネルを必要としない革新的な冷却ソリューションが実現する可能性があります。
△ワイヤーフィードDEDプロセスを使用することで、トラック部品の射出成形用金型は通常数週間の納期を要するところ、3日で製造されました。
OMIC は、Gefertec の機械を使用して、通常数週間かかるプロセスをわずか 3 日間で、内部コンフォーマル冷却チャネルを含む大型金型の完全なコアとキャビティのパッケージを製造しました。以下に示す大型金型の完全なコアとキャビティのセットは、内部コンフォーマル冷却チャネルも含み、ワイヤアーク積層造形法 (WAAM) またはワイヤ供給 DED 積層造形法を使用して、オレゴン州スカプースにある OMIC 施設の Gefertec マシンで製造されています。オレゴン州立大学のモスタファ・セイバー博士がこの研究に協力しました。
△ OMIC の Josh Koch 氏がこのプロジェクトに取り組み、製造金型ツールが持つ潜在的な応答性を実証しました。
射出成形金型の付加製造では通常、レーザー粉末床溶融結合などのプロセスを使用して、金型に局所的な適合冷却のみを提供する小型のツール（通常は金型インサート）を製造します。メリーランド州ポートランド近郊のトラック製造会社ダイムラーのエンジニアたちは、大型の金型のリードタイムを節約するために、AM で金型全体を製造できる可能性に興味を持っていました。さらに、DED プロセスには、まっすぐにドリルで穴を開けるのではなく、金型の表面に合わせて付加的に製造される冷却チャネルなど、多くの実用的なアプリケーションがあります。
△機械加工と組み合わせた積層造形によって製造されたコアとキャビティ、およびツールセットを使用して製造されたプラスチック部品。
OMICのエグゼクティブディレクター、クレイグ・キャンベル氏とビジネス開発マネージャーのジョシュア・コッホ氏は、金型の製造に積層造形法を使用することで、リードタイムの節約は相当なものになると述べています。トラック製造業者向けの工具の場合、数週間のリードタイムが一般的です。対照的に、Gefertec マシンでは、積層造形のコアとキャビティの製造にわずか 2 日しかかかりません。この方法で作られた型は最終的な形に十分近かったので、仕上げに追加で 1 日かかるだけで済みました。このアプローチにより、新しい射出成形金型の製造が大幅に簡素化され、ダイムラーの金型ニーズに迅速に対応するソリューションが提供されました。
△ Gefertec WAAM マシンを使用して作成された OMIC 金型サンプル。 OMIC は、製造業者に対し、付加製造技術に投資する前に、その技術の機能を活用し、評価する方法を提供します。
その結果、ダイムラーはより迅速に新たな緊急の射出成形ニーズに応えるツールを入手できるようになるかもしれないとコッホ氏は述べた。彼はこう付け加えた。「新しいツールを作るには、手元にワイヤーがあれば十分です。」
OMIC は、主にオレゴン州から資金提供を受けている組織であり、機械加工と付加製造を重点分野として、官民の研究開発および製造業者とのプロセス開発コラボレーションのためのツールを提供しています。同社は最近、DED、レーザー粉末床溶融結合、バインダージェッティングなど、さまざまな付加製造技術を備えた付加製造イノベーションセンターを開設しました。現在、38 の企業と 3 つの大学が OMIC と協力して、工場内の機械に新しい製造装置や技術を導入して評価しています。（非会員でも組織と協力できますが、費用は高くなります。）OMIC Additive Innovation Center は 2023 年にオープンし、現在はバインダージェッティング（ExOne、現在は Desktop Metal）、DED（Gefertec）、レーザーパウダーベッドフュージョン（Renishaw）、熱間静水圧プレス（Quintus）用のマシンを備えています。近々追加されるプロセスは、Impossible Objects のシステムによる複合材ベースの付加製造です。
△オレゴン州立大学のモスタファ・セイバー博士もDED金型プロジェクトでOMICと協力しました。
OMICは、このようなオールインワンの製造拠点は太平洋岸北西部の他の場所には存在しないかもしれないと述べた。大型の Gefertec マシンは、米国で稼働している数少ない同種のマシンのうちの 1 つです。「当社は、製造業者が自社の工場に機能を追加する前に、AM アプリケーションを使用、評価、開発する方法を提供しています」とキャンベル氏は述べた。
△ 2023 年にオープンする OMIC のアディティブイノベーションセンターは、太平洋岸北西部の 1 つの施設で、この地域の製造業者に最も幅広いアディティブマニュファクチャリング機能のポートフォリオを提供します。
コッホ氏は、ダイムラーの追加材料を使用して生産用金型を作るというアイデアはまだ拡張可能であり、次のステップは、同じビルドで複数の材料を使用して印刷することによって WAAM が提供する特別な自由度を評価することになるかもしれないと述べた。金型の製造では、金属の 1 つを迅速かつ安価に機械加工して工具のベースとして使用し、もう 1 つの金属は表面を被覆するだけで、必要な硬度やその他の特性が得られます。
これにより、コンフォーマル冷却に関するさまざまなアイデアも可能になるかもしれないと彼は指摘した。金型の冷却に水流環境が必要かどうかは重要な問題です。このような使用環境の危険性は、配管腐食が起こりやすいことです。もう一つの選択肢は、熱伝導性金属を使用することです。ここで見られる金型の将来のバージョンには冷却チャネルが含まれず、代わりにツール本体の内部が銅で作られ、熱が素早く伝達されるようになるかもしれません。ツールは依然として工具鋼ですが、金型が圧縮され、部品に接触して実際に部品を成形する物理的な作業を行う表面のみが工具鋼です。

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