金型3Dプリントにより複合浴槽とシャワーの製造が16週間から3週間に短縮

この投稿は Bingdunxiong によって 2023-11-13 16:33 に最後に編集されました

2023年11月13日、南極熊は、伝統的なアメリカの複合バスルームメーカーであるLyons Industriesが、生産プロセスを可能な限り自動化するために、高性能の金型とサポート器具を迅速に製造するためのMassivit 10000 3Dプリント製造システムを購入したことを明らかにしました。

△リヨンは労働力不足に対応するため、複合浴槽の製造に使用されている従来の労働集約的なスプレー工程に代わる自動化工程を段階的に推進してきました。
労働力不足に対処するために自動化プロセスを拡大

Lyons Industries は、50 年以上にわたりグラスファイバー複合材の浴槽とシャワーの製造を専門とする家族経営の会社です。同社のランス・ライオンズ社長は、工場の広さは13万5000平方フィートで、1日に1000個以上の製品を生産できると語った。

これらの浴槽とシャワーの製造工程では、真空成形とスプレープロセスが採用されています。まず、アクリル樹脂をオーブンで加熱し、それをネガティブエポキシ型の上に伸ばして、特定の製品形状を作ります。次に、金型を真空成形機に入れ、真空状態にしてプラスチックを金型の形状に成形します。冷却後、シェルと呼ばれるプラスチック部品は支持固定具に載せられ、塗装ブースに移動され、細断されたガラス繊維と樹脂が吹き付けられます。その後、部品は大型の工業用オーブン（ランス氏は「ホットトンネル」と呼んでいます）で硬化され、その後冷却、トリミング、パッケージ化されます。

伝統的に、作業の多くは手作業で行われてきました。しかし、ライオンズ氏は、過去数年間にわたって、同社は労働力不足に対処しながら最終製品の品質と一貫性を向上させるために、徐々に自動化への依存を高めてきたと説明する。現在、ソリューションには、半自動カート移動システムとロボットローダー（部品をあるステーションから別のステーションへ移動するためのもの）、2 台のグラスファイバースプレーロボット、ロボットウォータージェットカッター、および付加製造金型とサポート固定具用の Massivit 10000 産業用 3D プリンターが含まれています。

ライオンズ氏は、ツールとサポート治具の作成は、プロセスの中で最も時間と労力がかかる部分の 1 つであると述べています。その結果、同社は高品質の金型やサポート治具を直接印刷するための 3D プリントシステムの研究を開始しました。

△リヨンのパートナーであるプレステージ・ツーリング社には、3Dプリント技術を使って金型の設計・製造を行うマッシビット3Dプリントシステムが導入されている。
大型複合金型3Dプリンター MASSIVIT 10000

ライオンズ社は最終的に、4 つのステップで動作する Massivit 10000 システムを購入することを決定しました。まず、初期の CAD 設計に基づいて、2 つのプリントヘッドを使用して金型または固定具が印刷されます。最初のプリントヘッドは、防水性の熱硬化性ポリマーを堆積して、外側に犠牲シェル層を形成します。 2 番目のプリントヘッドは実際の金型を高強度で印刷します。ハウジング内部は高性能エポキシ樹脂CIM500で作られています。この材料は高温でも熱膨張係数 (CTE) が一定かつ低く、真に等方性の金型を実現します。次に、印刷された構造全体をオーブンで硬化させます。 3 番目に、構造物をバケツに入ったきれいな水に浸し、外殻を破壊します。最後に、結果として得られた型が完成し、使用できるようになります。

このシステムは、長年ライオンズインダストリーズ向けに工具を製造してきたパートナー企業、プレステージツーリング社（米国インディアナ州エルクハート）の工場に設置されます。自動化は一度きりの投資ではないとライオンズ氏は付け加えた。「3Dプリンターやロボット、のこぎりを設置するだけではだめです。電気システム、インフラ、コンピューター、ソフトウェアもアップグレードする必要があります。これはプロセスなのです。」

すべての準備が整った後、Massivit システムは 2022 年秋に Prestige に設置され、年末に運用を開始しました。「私たちは、シャワーベースのサポートから始めて、段階的にマッシビットシステムを適用し、次に浴槽のサポートの作成に移りました。浴槽のサポートは長さ 4 ～ 5 フィート、幅 2 ～ 3 フィートですが、厚さは 1 ～ 2 インチ程度です」と、ライオンズ氏は説明します。「それがわかったら、最初の浴槽のサポートの作成に移りました。これも長さ約 5 フィート、幅 2 フィートですが、深さは約 16 インチです。」

Massivit システムを使用して固定具を印刷する場合の考慮事項。まず、比較的小さな器具を 1 つの部品として印刷できます。ただし、浴槽の型など、より大きく複雑な部品を印刷する場合は、2 つの部分に分けて印刷する必要があります。その後、多少の研磨や表面処理が必要になる場合もありますが、プロセス全体は従来の製造プロセスとは大きく異なり、同社はより大きな部品を製造するためにプロセスを継続的に改良してきました。

△印刷工程において、外層は熱硬化性ポリマー犠牲層を支持層として使用し、水に浸すと自然に破壊されます。一方、内層の型は高性能エポキシ樹脂で作られています。ここに示されているサポートジグは、60 x 32 x 19 インチの浴槽を作るのに使用されます。彼は次のように付け加えました。「これは、型を作るための明らかなソリューションです。モデルを作ってからそのモデルから型を鋳造するのではなく、生産用の型やサポートジグを直接作ることができるからです。」 3D 印刷プロセスのデジタル化は、一貫した品質の確保にも役立ちます。

「以前は完成までに16週間かかっていた作業が、今では最小限の人員で3～4週間で完了します」とライオンズ氏は強調した。「お客様のために、より良い製品をより早く生産できるようになり、従業員にとっても作業が楽になりました。」

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