詳細: 軍事および航空宇宙用途における大型ペレット 3D プリンターの利点

はじめに：過去10年間で、3Dプリント技術は航空宇宙分野でますます使用されるようになりました。世界のトップ500企業における3Dプリントに関連する特許出願数は800％以上増加しました。エアバスは3Dプリント技術を使用して1,000を超える航空機部品を製造しました。ボーイングも生産に3Dプリント技術を広く採用しています。国産のC919大型航空機も、大量の3Dプリント技術を応用して設計と試作を実現しました。3Dプリント技術は、軍事および航空宇宙産業で非常に重要な役割を果たしてきました。

現在、航空宇宙3Dプリント技術の応用は主に金属3Dプリント技術の分野に集中しており、その多くはチタン合金、アルミニウムリチウム合金、超高強度鋼などの材料に基づいています。しかし、航空宇宙産業にとって、金属3Dプリント技術の応用は、業界が前進するための唯一の方法ではありません。大型ポリマー複合粒子3Dプリント技術も、新たな技術成長ポイントです。この技術は現在、中国と世界の他の先進国で並行して初期開発段階にあります。この分野への投資と開発により、中国の軍事航空宇宙産業の製造レベルは、追随レベルから主導的な開発レベルに急速に進歩することが期待されます。

大型ペレット3Dプリンター
上海クールイーグルテクノロジー株式会社は、中国における大型粒状3Dプリンターの研究開発と応用のリーダーです。同社の5軸積層造形機（BGAM）シリーズとロボット積層造形システム（BRAM）シリーズは、3D印刷装置、大流量粒状押出機、印刷材料から制御システム、産業用ソフトウェアなどに至るまで、100％ローカライズされた完全なソリューションセットを独自に開発しており、国際的に先進的なレベルに達しています。

1. 5軸加減算加工（BGAM）
5軸積層造形機（BGAM）は、クールイーグルが独自に開発した非金属積層造形装置で、溶融粒子成形技術（FGF）と5軸CNC加工技術を組み合わせています。粒状材料3DプリントとCNC加工の2つのプロセスを同じ装置で実現できます。超大型の造形スペースを持ち、10メートルクラスのワークピースの一体生産を実現でき、超高速の印刷速度と品質を備えています。最新の大流量プリントヘッドを搭載し、さまざまな高度な成形および印刷プロセスを備え、熱可塑性複合材料を融合して緻密な表面を作り出します。

2. ロボット積層造形システム（BRAM）
ロボット積層造形システム（BRAM）は、クールイーグルが発売したロボットアームをベースにした大型粒状材料3Dプリント装置です。造形サイズは1m×1m×1.3mです。7軸モデルはオプションで、造形サイズは5m×1m×1.3mに達します。この装置は標準K20（20KG / H）プリントヘッドを搭載し、独自に開発した高周波ビーティング成形技術を搭載しており、大型部品の一体成形を実現できます。

溶融粒子成形（FGF）
Fused Grain Forming (FGF) テクノロジーは、加熱原理を利用してポリマー粒子を素早く溶かし、積み重ねて成形します。実際の印刷プロセスでは、ポリマー粒子が 3D 印刷押し出し機によって加熱され押し出されます。成形機構によって成形された後、冷却が始まり、溶融結合層が形成されます。 1 層の印刷タスクが完了すると、印刷機構はスライス層の厚さの高さまで上昇し、その後、ワークピース全体が印刷されるまで、次の層の加熱、押し出し、成形、冷却成形プロセスを続行します。

印刷材料
Cool Eagle は、ハイエンドの工業製造向けに、さまざまな繊維強化ポリマー複合粒状材料をカスタマイズしています。現在、クールイーグルはABS-CFに代表される常温材料、PC-CFに代表される中温材料、PEI-CF、PPS-CFなどに代表される高温材料を市場に投入しており、これらの材料は優れた機械的特性と耐熱性を備え、さまざまな使用シーンのニーズを満たすことができます。同時に、従来の 3D プリントワイヤの代わりに粒状材料を使用すると、コストは従来のワイヤの 10 分の 1 に抑えられ、非常にコスト効率が高くなります。

1. ABS-CF素材
20% 炭素繊維強化 ABS 顆粒は、80°C までの温度で長時間使用できます。優れた機械的特性と寸法安定性により、室温硬化条件下でのガラス繊維/炭素繊維部品の金型の製造に特に適しています。

2. PC-CF材料
20% 炭素繊維強化 PC (ポリカーボネート) 顆粒は、耐熱性と寸法安定性に優れ、120°C の硬化条件下での炭素繊維部品の金型の製造に適しています。

3. PEI-CF材料
20% 炭素繊維強化 PEI (ポリエーテルイミド) 顆粒は、大型印刷においてより広いプロセスウィンドウを提供し、優れた耐熱性と寸法安定性を備え、動作温度が 180°C を超えないさまざまな金型の製造に使用できます。

4. PPS-CF材料
20% 炭素繊維強化 PPS (ポリフェニレンサルファイド) 顆粒は、最高 260°C の温度に耐えることができ、大型印刷においてより広いプロセスウィンドウとより高いコスト効率を実現します。動作温度が 220°C を超えないさまざまな金型の製造に使用されます。

用途と利点<br /> 現在、航空宇宙分野における大型ポリマー粒子 3D プリンターの応用は、大型工具および金型の製造、複合部品の直接高速製造、大型モデルおよび原理検証部品の製造という 3 つの主要な方向に分けられます。

1. 大型金型の製造：
航空宇宙産業では、軽量化を目的として、アルミニウムや鋼鉄などの材料から炭素繊維複合材への移行が始まっています。航空宇宙複合材ワークピースには、金型の作業温度、真空、耐圧性などに対する厳しい要件があります。従来の金型製造方法はコストが高く、少なくとも数か月の生産サイクルが必要です。Cool Eagle の金型付加および減算統合製造用の大型粒状材料急速製造ソリューションにより、室温、中温、高温に適したさまざまなタイプのツールと金型を製造でき、金型精度、表面品質、気密性、耐熱性、耐圧性の要件を満たすことができます。現在、クールイーグルはこの技術を採用し、複数の大型UAV全機スキン金型、航空機部品金型などの迅速な製造を実現しています。

2. 複合部品の迅速な製造
Cool Eagle の大型粒状材料の急速製造ソリューションは、航空宇宙などの分野の複合部品のスペアパーツのニーズを満たすだけでなく、さまざまなタイプの特大、多次元曲面、複雑な構造のカスタマイズ製品の急速製造にも対応できます。金型を開く必要がなく、成形能力が強く、生産サイクルが短く、効率が高いという利点があります。従来の製造方法を効果的に覆すことができ、大型ワークピースの迅速な試作と低コスト製造に最適なソリューションです。

3. 大型模型および原理検証部品の製作
Cool Eagle の大型粒状材料の迅速製造ソリューションは、製品モデル、軍事および航空宇宙分野のプロトタイプの 1:1 印刷など、さまざまな複雑な製品の原理検証部品の迅速な製造に使用できます。小ロットの大型ワークピースの製造や特殊産業の反復アップグレード研究開発において、従来の製造方法に比べて比類のない利点があります。

大型粒状材料 3D 印刷技術は、強力な成形能力、高い製品品質、高度な自動化、より簡単なプロセス、より高い効率などの利点があるため、軍事、航空宇宙などの分野で広範囲にわたる応用の見通しを持っています。

1.3D プリントは成形能力が強く、最大限の設計自由度を実現します。ラピッドプロトタイピングプロセスは、さまざまな航空宇宙の多次元曲面や複雑な形状の製品構造を実現し、設計を通じて構造を最適化して部品数を減らすことができるため、製品の構造設計に役立ち、製品の反復と生産プロセスを効果的に加速します。

2. サイズが大きく、精度も向上しました。市場の他の 3D プリンターと比較すると、Cool Eagle の大型ペレット 3D プリンターは、ハイエンドの製造アプリケーションに適しています。一方では、大型複合製品の一体成形を実現できます。5軸加減算統合機（BGAM）は、過度の接合や接着をすることなく、強度とサイズの要件を満たすワークピースを直接生産できます。一方、Cool Eagleの加減算統合製造プロセスは、寸法精度と表面精度の点で従来の3Dプリントの比類のないものです。より小さな変形で、さまざまなコンポーネントのシームレスな組み立てを実現できます。同時に、機械加工により、表面がより滑らかで平坦になり、精度が向上します。

3. プリントは丈夫で軽く、性能に優れています。重量、強度などは工業製品の設計・製造において考慮すべき重要な要素です。大型粒状3Dプリントは、最大限の軽量化を図りながら、高い強度を完璧に実現できます。当社は製品生産に繊維強化ポリマー複合粒状材料を使用しています。強度と剛性が大幅に向上し、耐圧縮性が優れており、実際の使用に直接使用できます。

4. 生産工程が簡素化され、生産サイクルが大幅に短縮されます。 Cool Eagle は、3D プリントと CNC 加工を 1 つのデバイスに統合し、設計から完成品の製造まで直接進めます。プロセス全体が高速かつ効率的で、環境に優しく、材料を節約し、手順が少なく、生産速度が速いため、企業が製品のアップグレードを迅速に実現し、製造プロセスを短縮するために不可欠です。

5. 自動化のレベルが高まり、コストが節約されます。複合製品を製造する従来の方法は、コストがかかり、時間がかかり、労働集約的です。 Cool Eagle の統合された付加製造法と減算製造法は、材料の無駄を大幅に削減でき、低炭素で環境に優しく、自動化された生産により、人件費と輸送コストも効果的に削減されます。

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