ハイエンドの積層造形：3D プリントは切削工具の分野にどのような変化をもたらすのでしょうか?

この投稿は warrior bear によって 2022-7-31 20:50 に最後に編集されました。

はじめに：Antarctic Bearは、SmarTech Analysisの「一般産業およびツール部門における付加製造の市場機会2020-2029」レポート（レポートのリンクは記事の最後にあります）によると、 2029年までに工業製造向けの3Dプリンティングが54億8,000万米ドルの総収益を生み出すと予想されていることを知りました。その中でも、切削工具の積層造形（AM）は注目され続けているアプリケーションです。では、3D プリントは切削工具の分野にどのような変化をもたらすのでしょうか?
1: 3D プリントにより大型切削工具の管理が容易になる<br /> 自動車産業や航空宇宙産業などで見られるような大型部品を製造する際の欠点の 1 つは、大型部品には大型の切削工具が必要になることです。しかし、これらの工具は重量も重いため、スピンドルが損傷したり、使用中に工具が機械から落ちたりするリスクがあります。
Antarctic Bear は、少なくとも 1 つの企業が 3D プリントを通じてこの問題の解決策を見つけたことを知りました。 Star SU Neher は、3D プリント技術を使用して、非 3D プリントツールよりも軽量で、性能が優れ、耐久性に優れた切削ツールを製造しています。
△格子構造の設計により、工具の重量を最大30％軽減できます。画像提供：Star SU Neher。
Star SU Neher のツール設計者は、内部格子構造を追加することで、ねじり強度に悪影響を与えることなく、製品の重量を 30% 削減できると述べています。さらに、同社では個々の部品のニーズに合わせて切削工具のほとんどをカスタマイズしており、3D プリントはこの柔軟性の実現に役立っています。
同社の 3D プリント切削工具が長持ちする理由の 1 つは、冷却チャネルが組み込まれていることです。この技術は、3D プリント切削工具でますます使用されています。通常、このようなチャネルは掘削によって作成されますが、この方法の有効性は限られています。積層造形法では、部品に直接チャネルを設計できるため、ツールの全体的な効率が向上します。冷却水の流れが増加すると、金属除去率が 30% 向上します。
△3Dプリントにより大型切削工具ヘッドの軽量化が可能となり、工作機械部品の損傷や滑りを抑えることができます。画像提供: Star SU Neher。
3D プリントによる大型切削工具の製造は、従来の製造方法よりも必ずしも速いとは限りません。プリントベッド全体を占めるほどの大きさの部品を製造するには、依然として最大 24 時間かかります。しかし、他の利点を考慮すると、3D プリントの導入はビジネス上、理にかなっている場合が多くあります。
2: 3D プリントは耐摩耗性を向上させることができます<br /> 石油、ガス、防衛などの特定の業界の顧客と取引する切削工具メーカーは、耐摩耗性工具に対するニーズを満たす必要があることがよくあります。切削工具メーカーのケナメタルは、タングステンカーバイド製の製品を専門に扱っています。同社はWC素材を使用したインテリア製品を揃えています。 Star SU アプリケーションと同様に、印刷プロセスによりツール内に流体冷却チャネルを形成できます。積層造形による設計の自由度により、3D プリントでは他の製造方法では実現できないような曲線や分岐したチャネルの製造が可能になります。
△ケナメタルは、内部冷却チャネルを備えたドリル本体を 3D プリントすることができます。画像提供: Kennametal。
ケナメタルは金属バインダージェッティングとパウダーベッドフュージョン (PBF) の両方の技術を持っていますが、直径 10 mm 以下の切削工具の中にはパウダーベッドフュージョン (PBF) 技術のみを採用しているものもあります。メーカーは、これによりツールを経済的に生産し、顧客のニーズを満たすことができると述べている。体重を減らすことも可能です。一例では、電気自動車の部品製造に使用された 3D プリントされた穴あけ装置は、従来の方法で作られたものよりも 15 ～ 20 ポンド軽量でした。
△3Dプリントにより、電気自動車の部品を作るのに使用されるこの穴あけ工具の重量が15～20ポンド軽減されます。画像提供：ケナメタル。
3: 3D プリントが切削工具の革命に貢献<br /> 切削工具の 3D プリントはまだ広く普及していませんが、検討する価値のある技術です。現状では、アプリケーションによっては、3D プリントは従来の方法よりも安価で、場合によっては高速です。
積層造形法は、ほとんどの切削工具を製造する従来の方法にすぐに取って代わることはないでしょう。進行中の取り組みの多くはまだ初期の調査段階にあり、メーカーは特定の切削工具タイプの製造に 3D プリントが適さない状況に必ず遭遇するでしょう。
3D プリントは、複雑な形状のツールに特に適しています。ただし、ワークピースがかなり規則的な形状を持つ大きな部品である場合は、3D プリンターを使用して製造するよりも、これらの部品を既製品で購入する方が合理的である可能性があります。
もう一つ留意すべき点は、ツール製造方法としての 3D プリントは比較的新しいため、意思決定者は投資するかどうかを決める前に、同様の企業で 3D プリントがどのような成果を上げているかを確認する必要があるかもしれないということです。結果が見えれば、徐々にプロセスを拡大していく意欲が高まるかもしれません。
関連レポートのアドレス: https://www.smartechanlysis.com/reports/market-opportunities-for-additive-manufacturing-in-the-general-industry-and-tooling-sector-2020-2029/

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