インテリジェント製造を背景とした粉末押出3D印刷プロセスとその設備システムの利点の分析

出典: サブリメーション 3D

インテリジェント製造の波により、さらに多くの新しいテクノロジーが生まれました。 3D プリンティングは、急増する波として、製造業の変革に新たな方向をもたらしました。ハイエンド製造業の急速な発展に伴い、3Dプリント設備、ソフトウェア、材料、プロセス、および関連分野を中心に、業界のエコシステムが徐々に形成されてきました。これには、3Dプリント設備の研究開発と製造、材料の研究開発と準備、さらには除去とリサイクル、後処理、仕上げ、熱処理、その他の後処理などのプロセスと設備が含まれます。すべての側面が連携して、より体系的なソリューションを形成します。しかし、ご存知のように、3D プリントにはさまざまなプロセスがあり、それぞれに独自の長所と短所があります。では、製造現場で最適なソリューションを選択するにはどうすればよいでしょうか。

3D プリントがスマート製造に活きる<br /> 3次元印刷（3D印刷）とは、プリントヘッド、ノズル、またはその他の印刷技術を使用して材料を積み重ねることで部品や物体を製造するプロセスを指します。この用語は、積層造形法の同義語としてよく使用されるため、「3D印刷」とも呼ばれます。 3Dプリンティングは、従来の製造方法の限界を打ち破り、複雑で高性能な全体的な製造と生産の柔軟性の利点を組み合わせ、製造業者を硬直した生産サイクルから真に解放し、工業化市場の製造トレンドをリードするソリューションをカスタマイズし、製造プロセス全体に導入して、企業が真のインテリジェント製造をできるだけ早く実現するのに役立ちます。

さまざまな製造形態に応じて、ISO/ASTM は 7 つの異なるタイプの 3D 印刷技術を国際的に認定しています。
1. 光硬化 - 紫外線を点ごとまたは層ごとに照射することで、液体樹脂を選択的に硬化させます。
粉末床溶融結合（PBF） - エネルギー源（通常はレーザーまたは電子ビーム）を使用して、粉末状の金属またはポリマーを溶融結合します。
バインダージェッティング - 金属粉末または砂の上に堆積したバインダーが幾何学的形状を形成します。金属の場合、通常、印刷後に粉末を溶かすために焼結が必要です。
4. 材料の噴射 - 材料の液滴が正確に堆積され、幾何学的なボディを構築します。
5. シート積層 - 超音波溶接、ろう付け、接着剤、または化学的手段によって材料シートを積み重ねて積層する。
6. 材料の押し出し - ポリマーフィラメントやペレットなどの材料が加熱され、ノズルから押し出されます。
7. 指向性エネルギー堆積法 (DED) - 金属粉末またはワイヤがレーザーまたは電子ビームによって作成された溶融池に供給され、そのプロセスは溶接に似ています。

実際、上記の 7 つのシリーズでは、各シリーズに異なる 3D プリントのサブカテゴリがありますが、ここでは 1 つずつ詳しく説明しません。簡単に言えば、3D プリントは間違いなく製造業の変革を引き起こしました。スペアパーツの迅速な配送からカスタマイズされた生産まで、3D プリント技術は、機能指向の設計を通じて、設備のメンテナンスを簡素化し、研究開発プロセスを加速し、製品のパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。ただし、どのプロセスカテゴリであっても、3D プリントですべての問題を解決できるわけではないため、必要に応じて他の製造テクノロジと組み合わせて使用することを検討する必要があります。

粉末押出し 3D 印刷プロセス<br /> 材料押し出しプロセスとして、粉末押し出し印刷技術（PEP）の開発は中国で昇華3Dが主導しています。金属/セラミックスをベースとした独自の3Dプリントプロセスであり、「3Dプリント+粉末冶金」の間接プロセスを使用して、金属/セラミックス部品の低温成形と高温成形における技術革新を実現します。

PEP テクノロジーの起源は何ですか?
この技術は、高い生産性、脱バインダーおよび焼結プロセスで広く知られ、1980 年代後半から工業製造で広く使用されている金属射出成形 (MIM) から派生したものです。しかし、この技術は実際の応用には限界があり、金属部品ごとに対応する金型を設計する必要があり、長い納期と多額の初期資本が必要になります。 3Dプリント技術は、金型の制約から完全に脱却し、層ごとに印刷することで、わずか数時間でお客様が望むモデル原材料を得ることができます。その後、従来の MIM 脱脂および焼結プロセスを経て、最終的に高密度で高性能な金属部品が得られます。

PEP プロセスフローとは何ですか?

どのような材料を適応できますか?
ステンレス鋼、タングステン合金、耐熱合金、耐火金属、超硬合金などの金属材料から、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ハイドロキシアパタイトバイオセラミックスなどのセラミック材料まで、粉末射出成形 (PIM) プロセスで使用されるものと同様のあらゆる潜在的な材料を適応させることができます。

PEP を使用する理由は何ですか?
PEP 技術は、成熟した安定した粉末冶金技術に支えられています。製造された金属/セラミック部品は、優れた機械的特性と物理的特性を備え、粉末射出成形と鍛造のレベルに達し、高性能の金属ベースおよびセラミック複合材料の製造ニーズを満たします。主な利点は次のとおりです。

粉末冶金業界のデジタル化を促進し、アプリケーションのロックを解除し、粉末冶金の可能性を解き放ちます
粉末射出成形の成熟した安定した技術システムを採用しており、幅広い材料システムに対応し、製品性能の一貫性も良好です。
印刷設備、印刷材料、印刷コストが低く、成形精度が高く、3D 印刷アプリケーションの促進と普及に役立ちます。
印刷製品の性能は粉末射出成形や鍛造品のレベルに達します
環境に優しく、印刷材料はリサイクル可能で、有効利用率が高い
複雑な金属/セラミック製品向けのカスタマイズおよび大量生産ソリューション

PEPプロセスとその設備システムのコスト削減と効率化<br /> 中国の製造業が高度化し、製造業が高付加価値分野に拡大するにつれ、さまざまな分野で3Dプリント技術を使用して複雑な部品を製造することに対する要求がますます高まり、コスト削減と効率向上の追求がますます激しくなっています。当然のことながら、適切な 3D プリント技術と費用対効果の高い機器を選択することが特に重要です。

PEPプロセスに基づくコア3Dプリント設備である産業用独立型デュアルノズル3DプリンターUPS-250と大型独立型デュアルノズル3DプリンターUPS-556は、3Dプリント専用の脱脂炉と焼結炉を備え、完全かつ効率的な間接型3Dプリント設備システムとソリューションを構成しています。コスト削減と効率改善の具体的な成果は次のとおりです。

このソリューションでは金型を使用する必要がないため、金型を開く時間とコストを大幅に節約できます。
直接レーザー 3D 印刷技術と比較して、PEP 技術は印刷装置、材料、コストを大幅に削減します。
印刷材料はリサイクル可能で、有効利用率が高く、廃棄物の損失が少なくなります。
複合焼結準備プロセスは、複雑な構造部品のニアネットサイズ成形においてコストと規模の面で大きな利点があり、製品の生産効率を向上させ、生産コストを削減します。

コスト優位性が競争優位性となる時代に、間接 PEP 3D 印刷プロセスの効率優位性は、コスト優位性が重ね合わされた後に自然に発揮されることがわかります。

付加製造の産業応用を加速する<br /> Sublimation 3Dは多様な3Dプリントシステムと設備の研究開発および製造システムを有しており、独自に開発した設備、ソフトウェア、材料は、バッチ生産企業、高等専門学校、科学研究機関など多くの分野で安定的に使用でき、航空宇宙や国防などの主要産業の大手顧客によって検証されています。将来的には、PEP プロセスは他の 3D 印刷プロセスの利点も補完することになります。 Sublime 3Dは、一方では設備と材料の面で技術の向上を続け、3Dプリントの生産能力の限界を徐々に突破し、積層造形を産業化へと向かわせることに貢献しています。他方では、3Dプリント設備の鍵となる技術を把握し、自動車、バイオメディカル、航空宇宙、国防・軍事などの分野でさらなる飛躍を遂げ、スマート製造とグリーン製造を推進しています。