3D Systems ダイレクトメタルプリンティング (DMP) の利点、機器、およびアプリケーションシナリオ!

この投稿は Coco Bear によって 2024-11-26 18:58 に最後に編集されました。

近年、3Dプリント技術の継続的な発展に伴い、積層造形技術がさまざまな業界でますます使用されるようになっています。 3D Systems は、世界をリードする 3D プリントソリューションプロバイダーとして、特に金属 3D プリントの分野で技術革新を推進し続け、目覚ましい成果を上げています。 2024年11月26日、3D Systemsはライブ放送を開催し、ダイレクトメタルプリント（DMP）の原理、利点、既存の問題、および関連ソリューションを紹介しました。同時に、3D Systemsはさまざまなアプリケーションシナリオに対応するために、多数のDMPプリンターを発売しました。

数多くの金属 3D 印刷技術の中で、なぜダイレクトメタルプリント (DMP) を選択するのでしょうか?

ダイレクトメタルプリンティング (DMP) は、さまざまな金属合金から部品を製造できる積層製造技術です。ダイレクトメタルプリントでは、金属粉末を原料として層ごとに製品を製造します。金属粉末の各層は、その後、前の層の上に溶かされ、従来の製造技術（フライス加工、鋳造）で製造されたものに匹敵する、強度と密度の高い部品（最大 99.9%）が生成されます。直接金属印刷プロセスでは、材料の無駄がほとんど発生せず、他の製造方法では不可能な複雑な形状を構築できます。

DMP は、コンフォーマル冷却チャネルなどの有機形状の複雑な内部機能を構築するのに最適です。

●複数の部品を1つの製品に組み合わせることで、組み立て工程（溶接など）の欠点を回避し、機能性を向上させます。

主な利点●設計の自由度: 3D Systems の金属 3D 印刷技術により、設計者は従来の製造プロセスでは実現が困難または不可能な複雑な内部構造を持つ部品を作成できます。

●機能強化：複数の機能（熱機能、流動機能、構造機能など）を単一のコンポーネントに統合することで、製品全体のパフォーマンスを大幅に向上させることができます。

●部品数の削減: 3D プリント技術により、複数の部品を 1 つに統合し、組み立て手順を減らして生産効率を向上させることができます。

●生産速度が速い:従来の減算型製造法に比べて金型や大規模なプログラミングは不要

●トポロジー最適化: 3D Systems は、高度なソフトウェアアルゴリズムを通じて、ユーザーが部品の設計を最適化し、重量を削減し、強度を高めることを支援します。これは、航空宇宙などの分野に特に適しています。

金属 3D プリントが直面する問題と解決策 金属 3D プリント技術には多くの利点がありますが、いくつかの課題や問題もあります。

熱応力と変形:

問題: 3D プリントのプロセス中、レーザーの高温溶融と急速冷却により、材料内部に熱応力が生じ、部品の変形や亀裂が発生します。

解決策: 印刷パスを最適化し、サポート構造を追加することで、熱応力を効果的に軽減できます。さらに、熱処理プロセスにより内部応力がさらに除去され、部品の機械的特性が向上します。

●粉末の管理とリサイクル：

問題: 金属粉末の管理とリサイクルは複雑なプロセスであり、不適切な操作により粉末の汚染や廃棄が発生する可能性があります。

解決策: 3D Systems の装置には、粉末の純度と再利用性を確保するために、不活性ガス保護下で粉末を自動的にリサイクルおよびスクリーニングできる統合粉末管理システムが装備されています。

●表面品質と精度：

問題: 印刷プロセス中に表面の粗さや精度の欠如が発生し、最終製品のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

解決策: 正確なレーザー制御と最適化された印刷パラメータにより、表面の品質と精度を向上させることができます。さらに、研磨や研削などの後処理工程も表面品質を向上させる重要な手段です。

●生産の安全性:

問題: 金属 3D プリント中に発生する粉塵と黒煙は、人体と環境に有害です。

ソリューション: 3D Systems は、不活性ガス保護、効率的な粉塵除去システム、消火装置などの包括的な個人用保護具と安全対策を提供し、作業者の安全を確保します。

3DXpert——強力な3Dプリントソフトウェア

3DXpert は、3D Systems が開発した包括的な 3D 印刷ソフトウェアであり、設計から印刷、後処理までの全プロセスソリューションをユーザーに提供するように設計されています。このソフトウェアは、さまざまな一般的な 3D モデル形式 (STL、OBJ、STEP など) をサポートし、モデル内のエラーや欠陥を修正し、インポートされたモデルが正しいことを確認して、印刷の成功率を向上させる自動修復ツールを提供します。

△3DXpertソフトウェアサポート

3DXpert は、ユーザーがモデルを自由に配置および整理し、印刷プラットフォームの利用を最適化し、印刷効率を最大化し、材料の無駄を削減できる強力なモデルレイアウトツールを提供します。このソフトウェアは、サポート構造の自動または手動生成をサポートし、さまざまなサポートタイプ（ツリー状サポート、シート状サポートなど）を提供し、サポートパラメータを詳細に設定して、複雑な構造の安定性と印刷品質を確保し、後処理の難易度を軽減します。 3DXpert は、モデルを複数のレイヤーにスライスし、詳細な印刷パスを生成することで、マルチレーザーシステムとマルチマテリアル印刷をサポートし、印刷パスを最適化し、印刷速度と精度を向上させます。

内蔵の熱応力解析ツールは、印刷プロセス中に発生する可能性のある熱応力と変形を予測し、印刷プロセス中の変形や亀裂を軽減し、部品の機械的特性を向上させる補正ソリューションを提供します。 3DXpert はリアルタイムの印刷シミュレーションとプレビュー機能も提供しており、ユーザーは実際の印刷前に印刷結果を確認し、潜在的な問題を事前に特定して、時間と材料の無駄を回避できます。ソフトウェアの後処理計画ツールには、サポートの除去や表面処理などの手順に関するガイダンスが含まれており、後処理プロセスが簡素化され、最終製品の品質が向上します。さまざまな金属材料をサポートし、詳細な材料パラメータ設定と管理ツールを提供することで、適切な材料を選択して印刷効果を向上させます。さらに、3DXpert はリモート監視および管理機能も提供しており、ユーザーは印刷の進行状況やステータスをリアルタイムで確認し、生産管理の効率を向上させ、異常な状況にタイムリーに対処することができます。

つまり、3D Expert は、その強力な機能と包括的なソリューションにより、金属 3D プリントの分野で不可欠なツールとなっています。設計の最適化、印刷パスの計画、後処理のガイダンスなど、ユーザーに効率的で信頼性の高いサポートを提供し、さまざまな業界の革新的な発展を促進します。

3D Systems ダイレクト金属プリンター
3D Systems は、さまざまな業界のニーズを満たすさまざまな高度なダイレクトメタルプリンターを提供しています。

DMP Flex 200 アップデート:

△DMPフレックス200

主な特徴:

DMP Flex 200 は、ダイレクトメタルプリンティング (DMP) を使用して、高品質を確保しながら、小型で複雑かつ精巧な金属部品のプロフェッショナルな 3D プリント金属製造を可能にするように設計されています。

DMP Flex 200 は、140 x 140 x 115 mm (5.51 x 5.51 x 4.53 インチ) の大きな造形容積を備え、造形チャンバー内でのネジ管理の手間を省く新しい造形プレートクランプ機構を備えています。

DMP Flex 200 には、密閉された状態で不活性ガス環境に保たれたビルドチャンバーにつながる真空クリーナーチャネルが装備されています。すべての表面は非常に滑らかで、粉末と接触することはありません。プリントプレートと粉末容器は両方ともプリントチャンバーの内外に通気されており、粉末との接触を避け、酸素がビルドチャンバーに入るのを防ぎます。

△ DMP Flex 200で印刷した部品

DMP 350 シリーズ:

DMP 350 シリーズは、3D Systems の主力ダイレクトメタル 3D プリンターです。500W ファイバーレーザーとシングルおよびマルチレーザーのスループット構成を備え、最も要求の厳しい顧客に最高品質の高密度金属部品を提供します。最大造形容積275x275x420mmで医療および産業用途に最適

△DMP 350シリーズダイレクトメタルプリンター

● クラス最高のチタン、優れたニッケル性能 ● プリント交換が簡単な RPM (取り外し可能なプリントモジュール) で稼働時間を最大化 ● 市場で最高の酸素レベルを備えた真空チャンバーコンセプト: 非常に低い酸素含有量 <25ppm、非常に低いアルゴン消費量。TI、AI、Cu 合金: マシン内で劣化しないため、粉末スクラップが少なくなり、競合製品と比較して粉末消費量が減少 = TCO が向上
●信頼性の高いシステム、安定したプロセス、高品質のプロセスパラメータ ●最小限の粉末で材料を検証するためのオプションの印刷ボリュームリデューサー ●熱ストレスを調整し、印刷の成功率を高めるオプションの加熱印刷プレート。

Flex/Factory/Dual/Triple - どのモデルが最適ですか?

さまざまな DMP 350 プリンターは、さまざまなアプリケーションシナリオに対応します。さまざまなプリンターのアプリケーション特性については、上記の表をご覧ください。相対的に言えば、Flex 350 はより柔軟性があり、より多くの材料を使用できます。 Factory 350 の最大の特徴は、粉体の処理とスクリーニングが統合されており、材料の露出と無駄を減らし、作業者の安全を守ることです。 Dual と Triple はそれぞれデュアルレーザーシステムとトリプルレーザーシステムを表します。

△DMP 350シリーズの応用シナリオ

応用事例

コンフォーマル冷却チャネルが金型とツールを改善

△統合された金属積層造形ソフトウェアソリューションを使用すると、複雑なコンフォーマル冷却チャネルを迅速に適用して反復し、最も効率的な設計を作成できます。

● 複雑な設計の迅速な反復 付加製造により、複雑な形状を正確に印刷できます。従来の方法では、効率的な冷却チャネルを作成することは困難です。冷却チャネルの深さや幅が異なることが多く、金型表面が反り返りやすいためです。さらに、積層造形により設計の反復をスピードアップできます。

●デザインの自由度 付加製造を採用することで、金型メーカーは従来の方法では不可能だった新しい設計の可能性を獲得します。コンフォーマル冷却チャネルを備えた AM 部品の場合、ダイヤモンド、楕円、涙滴形などの自立構造などの難しい幾何学的制約を簡単に克服できるように、長年にわたって改良されてきた設計ガイドラインがあります。

●薄壁 ダイレクトメタルプリンティング (DMP) は、最小 0.3 mm (アプリケーションによって異なります) の高精度な壁厚を実現できるため、複雑なタイヤトレッドの冬用タイヤ溝や狭い設計を必要とする冷却チャネルなどのアプリケーションが可能になります。

△このセグメント型で印刷されたタイヤ溝の壁の厚さは500ミクロンです

△切削工具に軽量格子構造を採用し、材料を節約して印刷時間を短縮し、工具の剛性を維持しながらコストを削減します。

自動車分野 自動車業界も 3D Systems の金属 3D プリント技術の恩恵を受けています。例えば、電気自動車のモーター冷却ハウジングは 3D プリントで設計され、冷却効率が 20% 向上し、重量が 15% 削減されました。さらに、複雑な自動車の排気システムも3Dプリントで一度に形成できるため、生産サイクルが大幅に短縮されます。

△電気自動車モーター冷却ハウジング

△自動車の排気管

航空宇宙産業 航空宇宙業界では、3D Systems のテクノロジーが、エンジンブレードや燃焼室などの軽量で複雑な部品の製造に使用されています。これらのコンポーネントは、トポロジー最適化を通じて設計されており、軽量化と性能向上を実現し、燃費向上と運用コストの削減に役立ちます。

結論
3D Systems の金属 3D プリント技術は、その優れた設計の自由度、高いパフォーマンス、幅広い用途により、製造業界の変革をリードしています。将来、技術のさらなる発展により、3Dプリンティングはより多くの分野で重要な役割を果たし、産業のアップグレードと革新を促進するでしょう。 3D Systems は、テクノロジーを継続的に最適化し、実用的な問題を解決することで、さまざまな業界に効率的で信頼性の高い 3D プリントソリューションを提供し続けます。

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