技術的な投稿です！一般的な3Dプリントのプロセスと欠陥

はじめに: 3D プリンティングは徐々にさまざまな分野で主要なツールになりつつあります。ただし、3D プリントのプロセスにはさまざまな種類があり、それぞれに長所と短所があります。したがって、関連するテクノロジーを選択したり、3D プリンターを購入したりする前に、マシンとテクノロジーの背後にあるプロセス知識を理解しておく必要があります。
材料押し出し
一般的なプロセス: FFF、FDM (FFF と同じですが、Stratasys の商標用語です)説明:このプロセスでは、圧力を使用して流体またはゲル材料を排出します。典型的な例は FFF 方式で、フィラメントをホットエンドに押し込んで圧力を発生させ、柔らかいフィラメントをノズルから流出させます。欠陥:層の接着が不十分。材料は層状に敷き詰められ、通常、2 番目の層が現れるまでには、最初の層は冷えており、新しい層との結合力が低下しています。その結果、層間の強度が材料自体の強度よりもはるかに低くなる部品が生まれます。解決策:一部のメーカーは、加熱チャンバー、ソフトウェアの調整、または特殊な材料を使用してこの問題に対処しようとしていますが、これはプロセスに固有の問題です。
△押出熱可塑性フィラメント
パウダーベッドフュージョン
一般的なプロセス: SLS、DMLS、SLM説明:この技術では、粉末材料の層に、通常はレーザーを使用して高エネルギーの噴射を使用します。レーザーを使用してベッドの一部を選択的に固め、このプロセスを層ごとに繰り返します。従来のレーザーは、ビルドチャンバーの上部にある傾斜したミラーを使用してビームを粉末床に向けるため、静止位置に取り付ける必要のある大型のコンポーネントです。欠陥:粉末床面積が増加すると、レーザーが粉末表面に当たる角度がますます斜めになります。「斑点」の形状が変化すると、溶けムラが発生します。各領域のエネルギーも変化するため、印刷された部品の端が乱れる可能性があります。解決策:一部のサプライヤーの解決策は、レーザーを上げて傾斜角度を減らすことですが、これにより 3D プリンターの高さが増加します。他のソリューションでは、複数のレーザーを使用したり、レーザーソース自体を移動してベッド上に直接置いたりします。
△レーザー衝撃粉体表面光硬化

一般的なプロセス: MSLA、SLA、DLP、LCD説明:このプロセスでは、通常、レーザーまたは LED パネルからの紫外線を使用して、光硬化性樹脂をエネルギーに選択的にさらします。固化した材料の層が互いに追加され、徐々に 3D オブジェクトが形成されます。デメリット:フォトポリマー樹脂の硬化には UV 光がよく使用されますが、部品がプリンターから取り出されると、特に太陽からの追加の UV 光にさらされる可能性があります。さらに紫外線にさらされると、材料は硬化し続け、最終的には変形してひび割れが発生します。このため、このタイプのコンポーネントは、特に屋外用途では一般的に耐久性が低くなります。解決策:一部のメーカーは、特殊な樹脂ブレンドを使用してこの問題を克服しようとしています。
△光硬化性ポリマー樹脂
マテリアルジェッティング
一般的なプロセス: PolyJet説明:このプロセスでは、インクジェットのようなノズルから液体フォトポリマー樹脂を層ごとに選択的に噴射します。各層は紫外線によって硬化され、硬化した材料の上に後続の層が構築されます。オーバーハングを処理するためにサポート材が使用されます。欠点:これらのシステムでは、カートリッジからインクジェットヘッドに樹脂を流すために「パイプライン」設定が使用されます。材料の変更が必要な場合は、配管システム全体を洗浄して、古い材料の痕跡をすべて除去する必要があります。フラッシングプロセスは新しい材料を使用して実行されるため、材料を変更するたびに高価な樹脂が大量に無駄になります。
△ポリジェットプリント携帯電話ケース
バインダージェッティング
一般的なプロセス: MJF、NPJ説明:この技術では、インクジェットを使用して、バインダーを平らな粉末床に選択的に滴下します。滴が当たった部分は固まり、残りの粉末は緩んだままになります。上記の手順は、オブジェクト全体が生成されるまでレイヤーごとに実行されます。欠点:これらのプロセスでは、接着剤を接着するために後処理が必要になることがよくあります。場合によっては、接着剤を活性化するために非常に高い熱が必要であり、部品を変形させずにさらに処理を試みる前に、この熱が冷却するのに長い時間 (場合によっては 1 日) かかることがあります。これにより、機械の生産性が低下する可能性があります。解決策:一部のベンダーは交換可能なビルドチャンバーを使用しています。一方が冷却している間に、もう一方は 2 番目の印刷ジョブのためにアクティブ化できます。
△MJFプロセス
直接エネルギー蓄積
一般的なプロセス: DED、WAAM説明:この方法では、粉末またはワイヤの金属を押し出し、その後すぐに高エネルギーの衝撃を加えます。エネルギーによって金属が溶け、溶融池はすぐに 3D 空間に落下し、ロボットアームによって位置が調整されます。欠点:このアプローチは一般的に効率的で拡張性も高いですが、DED の表面解像度の品質は非常に低くなります。製品は見た目が粗い傾向があります。解決策:一部のメーカーでは、印刷プロセス中または印刷プロセス後に CNC ミリングツールを使用して表面を滑らかにします。
△DED金属3Dプリント表面
シートラミネート
一般的なプロセス: CleanGreen、Solido説明:このプロセスでは、材料のシートを 1 枚ずつラミネートする必要があります。材料のシートが追加されるたびに、カッターは特定の層の高さでオブジェクトのエッジの形状を切り取ります。印刷が完了したら、スライスされた領域を引き離して最終部分を露出させます。欠陥:一部の形状では、廃棄物がオブジェクト内に閉じ込められ、除去できなくなる場合があります。これにより、プロセスで製造できる形状が制限されます。
△3Dプリントシート積層（紙）
プロセスの補完性は現時点では最良の方法です<br /> 現在、市場にはさまざまなプロセスを備えた多くの種類の 3D プリンターが存在します。これらのマシンは機能が異なり、使用する材料も異なり、価格も異なります。ただし、これらのプリンターにも制限があります。たとえば、小型の 3D プリンターでは大きな部品を製造できず、FFF デバイスでは滑らかな表面を印刷できず、金属 3D プリンターではポリマー製品を製造できません。
△複数の3Dプリンターそのため、製造能力を最大限に充実させたい場合、予算に余裕があれば、複数のマシンを使用して互いのプロセスを補完するのが最善の方法です。作業の種類、材料の選択、部品のサイズと品質を判断して、まずは最も適した機械を購入し、必要に応じてさらに機器を追加します。マシンが増えるにつれて、より良い選択をするために、より多くのツールを選択または交換することもできます。

参考: 1. あらゆる3Dプリントプロセスにおける致命的な欠陥
2. 補完的な3Dプリンターが唯一の道

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