3D プリント技術が 1 兆ドル規模の熱交換器市場を一変させます。Oqton 3DXpert はどのようにして設計と生産の効率を大幅に向上させるのでしょうか?

はじめに: 熱交換器は熱を交換するために使用される部品であり、自動車、航空宇宙、化学、発電所、家庭用エアコン、電子機器など、さまざまな業界で広く使用されています。一部の機器が作動すると、大量の熱が発生します。この余分な熱がすぐに放散されない場合、蓄積されて高温が発生し、作動中の機器に損傷を引き起こします。このとき、熱交換器はエネルギーと熱のバランスを維持する役割を果たします。

中国工業研究院が発表したデータによると、世界の熱交換器市場の規模は近年着実に成長しており、中国の熱交換器産業は2015年の771億元から2020年には1,318億元に増加しており、今後も発展傾向を維持するとみられます。普遍的な応用シナリオと幅広い市場需要を背景に、熱交換器の製造技術に対する要求が高まっています。従来の製造方法では、熱交換器の複雑な設計や微細構造を完璧に表現することができません。溶接工程で使用される材料により、必然的に部品の重量が増加し、時間がかかります。さまざまな制限がある中で、3D プリンティングと積層造形技術を組み合わせることで、熱交換器の形状変更に新たな可能性がもたらされました。アメリカに拠点を置くメーカーであるADDMANは、このことを深く理解しています。

Oqton 3DXpertがADDMANの製造を支援
ADDMAN は、米国を拠点とする付加製造ソリューションプロバイダーであり、付加製造、精密機械加工、冶金を専門としています。設計、製造、後処理、品質検査に必要なすべてのツールを提供し、顧客が部品をコンセプトから生産へと変換できるようにすることに尽力しています。 ADDMAN のインディアナポリス工場では、さまざまな業界向けに精密部品を生産しており、その事業の大部分は航空宇宙産業向けで、特にニッケル合金などの高温金属を使用し、内部チャネル構造を持つ熱交換器やインタークーラーなどの部品が中心です。

熱交換器を製造しようとした当初、ADDMAN の主任積層造形エンジニアである David Buschemeyer 氏は、積層造形プロジェクト用のソフトウェアに STL ファイルをインポートしようとしましたが、元のシステムではこのような高精度の設計を処理するのが難しいことがわかりました。「私たちが印刷する部品の多くは、非常に高いレベルの詳細を必要とするため、結果として得られる STL ファイルのサイズが大きすぎて、以前使用していたソフトウェアに読み込むことができません。しかし、インポート可能なサイズに圧縮するために STL の精度を下げていたら、部品の詳細があまりにも失われていたでしょう」と David Buschemeyer 氏は言います。

STL ファイルの読み込みを避けるために、彼は Oqton の積層製造ソフトウェア 3DXpert を使用しました。「3DXpert を使用すると、STL ファイルに変換せずにソリッドモデルを直接操作できるため、初期時間を 10% 節約できます」とBuschemeyer 氏は言います。「最近、熱交換器の内部にジャイロイドサーフェス設計を行いましたが、これは以前は不可能でした。」

時間コストの大幅な削減は、スライスプロセスにも反映されています。エンジニアはベースプレート全体を再構築する必要がなくなりました。スライスをコピーし、ベースプレート上で部品をすばやく移動させるだけで済みます。通常、1 つのベースプレートに 30 個の部品を配置できます。1つの部品をスライスするのに必要な時間は、4 ～ 5 時間から 30 分に短縮されました。

3DXpert に切り替えてからは自由な時間が増え、より多くのプロジェクトを引き受け、エンジニアリングに多くの時間を費やせるようになりました。全体的に 20% の効率向上を達成しており、特に大型部品や大量生産品でその効果が顕著です。
——ブッシュマイヤー

履歴記録は、Buschemeyer 氏が高く評価しているもう 1 つの機能です。「 3DXpert のもう 1 つの重要な利点は、顧客が部品の修正を要求した場合、すべての作業を最初からやり直す必要がなく、特定の項目のみを修正できることです。顧客から新しいファイルをインポートし、すべてのサポートを再生成することなく、行われた作業のほとんどを保持できます。」

積層造形プロセスでは、エンジニアは顧客の設計モデルに基づいて追加の処理余裕を設計する必要があることがよくあります。積層造形された部品の表面は通常は粗いため、CNC フライス加工で滑らかにする必要があり、表面の損失を補うために製造中に加工代を追加する必要があります。これを実現するために、製造業者は顧客の CAD 設計ファイルを追加で編集する必要があることがよくあります。 3DXpert のハイブリッドモデリング機能により、メーカーは CAD ファイルを自分で編集し、最終的に印刷用にプログラムすることができます。

さらに、B-rep データと CAD 機能の活用により、穴付き部品の製造管理も高速化します。 AM で生成された部品に穴を開けるには、製造業者はまず元の設計ファイルから穴を削除し、後処理で穴を開けます。ほとんどの 3D 印刷ソフトウェアはメッシュファイル (STL など) を使用しており、エンジニアは CAD ファイルを直接編集できない場合、これに多くの時間を費やすことがよくあります。 Buschemeyer 氏は、ソリッドモデルの穴を閉じる 3DXpert の機能を気に入っています。

熱交換器の作り方をステップごとに教えます<br /> ADDMANに大きな価値を生み出す3DXpertは、どのようにして熱交換器の設計・製造を実現するのでしょうか？

ステップ 1: モデルをインポートする<br /> まず、最新バージョンの 3DXpert 22 を開き、熱交換器設計モデルをインポートします。 3DXpert でゼロから作成することもできます。コンポーネント作成モードでは、3DXpert は CAD 設計の慣習に準拠し、すばやく作成および編集できる、豊富な B-rep ベースのモデル設計機能を提供します。

ステップ 2: 内部熱交換構造を追加する<br /> モデルの内部と外部は設計時に別々に作成されるため、内部構造を簡単に選択して Gyriod ユニットとして設定できます。

3DXpert では、このセル構造を作成する方法が 2 つあります。 1つは、「暗黙的モデリング - 暗黙的オブジェクトの作成」を選択し、内部構造を選択することです。もう 1 つは、Lattice 内の関数に基づいて単位セル構造を追加することです。ジオメトリインターフェイスのテンプレートの Gyroid 単位タイプでは、単位サイズが 7mm*7mm*12mm に設定されています。グラデーション構造に設定したり、カスタムユニットセル構造に変更したりする必要がある場合は、最初の方法を使用し、右側の数式設定インターフェイスを開いて数式を記述する必要があります。

ステップ3: メッシュ構造格子を追加する

Gyriod 構造を非表示にした後、Lattice の下の「Surface Lattice」を選択し、メッシュを追加するサーフェスを選択します。グリッド線の種類を選択し、適切なパラメータを設定します。（下の写真の切断面の混乱した構造は、説明のために追加したものです）

ステップ4: 外部フィングリッドラインの追加

内部と同じ手順に従い、適切なパラメータを変更して、外部サーフェスにメッシュラインを追加します。

ステップ5: 成形シミュレーション

3DXpert には Amphyon の成形シミュレーションアルゴリズムが組み込まれており、ユーザーは Amphyon 独自のメッシュ作成方法とソルバーを同じインターフェースで使用して、設計した部品をシミュレーションできます。パーツの形状と材料特性に基づいてサポートを作成します。その後、「モデリングシミュレーション解析」を実施し、推奨サイズでメッシュ分割しました。

ステップ6: スキャン戦略の計画

さまざまなタイプのセクションに異なるプロパティを設定し、独自のスキャンポリシーを構成します。特定の領域に対して追加のスキャン方法を設定する必要がある場合は、仮想コンポーネントを使用してこの部分を抽出し、対応する戦略を設定できます。

詳細なチュートリアルの説明を読んだ後、自分で試してみたくなりましたか?下の QR コードをスキャンして、3DXpert を無料でお試しください。

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