金属 3D プリントの後処理、CNC 加工プログラミングモードを変更しますか?

はじめに: 積層造形は複雑な構造のワークピースの加工に大きな利点がありますが、これらの複雑なワークピースの CNC 加工 (CNC) 後処理となると、ツールの移動経路に対してさらに厳しい課題も生じます。金属 3D プリント部品の高精度な深加工要件に直面すると、CNC 測定および加工手順もそれに応じてアップグレードおよび変更する必要があります。

2022年4月19日、Antarctic Bearは、オハイオ州のEdwin Gasparrajが、X、Y、Z軸の動きと回転軸の動きがすべて変数に満ちた代数式である、より自由度の高い加工を実現できる新しいCNC加工制御プログラムを作成したことを知りました。これらの変数が埋め込まれたプログラムでは、プログラムされた動作の行の長さは 700 文字になる可能性があり、変数に依存する 5 軸プログラムを実行すると、CNC が 1 秒あたり 10,000 文字以上を処理する可能性があります。
ガスパラジ氏は、製造業者が困難な 5 軸加工の課題に取り組むのを支援するために、オハイオ州にデジタル製造ラボ兼コンサルティング会社 SixDigma を設立しました。現代の CNC 加工センターが直面している本当の課題を理解している人はほとんどいないと彼は言いました。彼らは私たちが要求するよりも厳しい精度を達成する能力を持っています。
△エドウィン・ガスパラジ氏は、デジタル製造ラボ兼コンサルティング会社である SixDigma を率いています。写真提供：SixDigma。
Gasparraj 氏は、この可能性が実現されていない理由は、プログラミング時に私たちが行う制限的な仮定に関係していると考えています。現代の工作機械が実行できる最も微細な位置決めレベルでは、部品がさまざまな形で変化するため、工作機械の位置の一貫性はワークピース自体の位置の一貫性よりも厳格になる可能性があります。それは移動し、変化し、アーティファクトごとに異なります。これらの不一致を特定し、プログラミングに組み込むことで、加工精度が向上します。
積層造形における後処理は、機械加工の複雑さと精度の点で、より高い課題をもたらします。機械加工は、常に、特に鋳造品など、良好な機械加工位置決め面を持たない固体部品の加工に重点を置いてきました。しかし、鋳物は大量に生産されることが多く、廃棄の余地があります。対照的に、AM で製造された部品は配置が難しく、機械加工の前に 100 時間以上の印刷時間を費やす場合があります。したがって、加工中に部品を廃棄することはコストがかかりすぎるため許可されません。
そのため、機械加工が AM の「後処理」のカテゴリにまとめられていると聞くと、ガスパラジ氏は少し嫌悪感を覚えます。一部のサポート構造の除去など、場合によってはこれが当てはまり、CNC にとっては非常に複雑な課題となります。しかし、機械加工によって、部品内部にプリントされた隠れたチャネルに対して正確な壁厚を維持する外部機能を実現する必要がある場合は話が別で、これは彼の会社が AM の取り組みの中で何度も直面した課題です。ここに既存の加工技術と3Dプリントが結びつくこともあり、積層造形は3Dプリントと加工を組み合わせたビジネスにもなるでしょう。
Gasparraj 氏のチームは、シーメンスの制御を使用して 2 台の Grob 5 軸加工センターで検証された NC プログラムを開発し、難しい鋳造品や鍛造品、AM 部品を加工するための可変 XYZ 移動とツール軸ベクトルを備えたプログラムを開発しました。
△固定されたデジタルツールパスの移動ではなく、ワークピースの変更に基づくプログラムには、各行に変数が含まれます。写真提供：SixDigma。
通常、粉末床溶融結合法で製造される AM 部品は、ネットシェイプに近いですが、十分に近いわけではありません。印刷された部品の外形は CAD モデルと一致しており、許容範囲は機械加工に比べて比較的緩やかです。内部の形状、つまり内部に印刷されたチャネルと空洞についても同様です。したがって、ここでは高度な測定が加工ツールパスを支援する必要があります。 SixDigma は、Zeiss の光学スキャン装置と CT スキャン装置を使用して、それぞれ外部と内部の形状をモデル化しました。これらの外部モデルと内部モデルをガイドとして使用し、可変ツールパスにより、CNC は加工プログラムの座標参照を正確に特定して決定できるため、プログラムは印刷された外部表面と内部表面の間のエンベロープ内で完成部品を正確に見つけることができます。
さらに、変更はこの開始ジオメトリで終了するわけではありません。ガスパラジ氏によると、機械加工中、外部基準点の工程内プローブにより、温度による部品の動きや、材料の形成時に部品に生じる張力の変化を追跡できるという。 Gasparraj 氏のチームが実演した AM 部品の 1 つでは、精度要件が非常に厳しかったため、熱処理炉内での部品の位置が重要な決定要因であると考えられていました。チームが CNC プログラムに書き込んだ変数では、この位置も考慮されました。これは、内部応力により切断中に部品がどのように移動するかに影響することが示されているためです。
つまり、積層造形と機械加工を「新しい」製造方法と「従来の」製造方法と比較することは、部分的に的外れであるということです。まず、このような比較における参照ポイントは、ワークピースと同じくらい静的です。新しいテクノロジーは急速に進化しますが、成熟したテクノロジーは変化し続けます。第二に、これらのテクノロジーは相互に影響を及ぼします。 AM の需要により、機械加工についてさらに学ぶことになり、その学びは AM を超えて広がります。つまり、製造技術間の境界は固定されていないのです。これらはすべて製造業であり、製造業は常に変化しています。

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