コンフォーマル冷却により、複雑で不規則な形状を積層造形に残す

この投稿はLittle Soft Bearによって2021-5-10 10:01に最後に編集されました。

工業用射出成形の開発が始まった当初から、金型表面を一定温度に保つ方法は人々の問題となってきました。射出成形では、完成品の冷却時間が射出成形生産サイクルの最大70％を占めています。主な理由は、従来の金型製造では、温度制御または冷却水チャネルを直線でしか掘削できないことです。重大なホットスポットは通常、冷却熱放散の範囲外にあるため、効果的に冷却することができません。

温度を一定に保つために、メーカーは仕切り、ラジエーター、ヒートパイプなどを使用してきました。また、ブロックを積層したり、金型に複雑なドリル装置を追加したりすることも試みてきました。いかに早く低コストで製造を完了するかが大きな課題となっている。

マサチューセッツ工科大学のサックス教授は、1997 年に「射出成形用金型のコンフォーマル冷却技術」という概念を初めて提唱しました。部品の輪郭と一致する冷却チャネルを設計することが、射出成形の温度を制御するための最善のソリューションであると考えられています。しかし、コンフォーマル冷却は金型製造の設計の難しさと製造の複雑さを増し、ほとんどの従来の製造業者にとって困難なものになります。

3Dプリント技術は、インテリジェント製造の代表的な製造技術として、近年わが国の製造業で広く利用されています。直接金属レーザー焼結（DMLS）技術を使用すると、生産プロセス中に最適化されたコンフォーマル冷却水チャネルを金型に統合できます。より速く、より均一な熱放散を確保することで、金型の熱応力が軽減され、金型の寿命が延びます。プラスチック製品の品質と部品の寸法精度も向上し、反りも減少します。さらに、複雑な構造を形成できる 3D プリント技術の利点により、従来の機械加工による形成の制限から解放され、複雑な構造を持つコンフォーマル冷却チャネル (コンフォーマル水チャネル) を設計から実現できるようになりました。このプロセスにより、射出成形金型の生産サイクルも大幅に短縮されます。

レーザー焼結を使用した電子機器製造は、さまざまな業界で実行可能な選択肢となっています。この技術はラピッドプロトタイピング環境だけでなく、さまざまな複雑な製品の量産にも適用可能であることを強調することが重要です。例えば、有名な金型サービス会社であるLBCは、産業用3Dプリントの世界的リーダーであるEOS（2021 TCT Asiaブース番号：G14）の革新的なレーザー技術を使用して金型を製造し、顧客の運用手順に合わせてプロセスチェーンの一部または全体を調整します。

DMLS プロセスを使用して金型インサートの熱放散を最適化することで、同社はサイクル時間を 90 秒から 40 秒に 55 パーセント短縮することができ、これは年間生産性の 125 パーセントの向上に相当します。 3,250ユーロの投資は2か月以内に回収され、同社は付加製造技術を使用することで年間約2万ユーロを節約しています。

EOS以外にも、国内3Dプリント企業のレーザー選択焼結/溶融などのプロセス設備が多数産業化されている。BLT（2021 TCT Asiaブース番号：E30）は、自社の設備BLT-A320をTCT Asia 2020に持ち込んだ。BLT-A320でプリントされた部品は、表面下にコンフォーマル冷却水路が分散されており、冷却の効率と均一性が向上している。部品のほとんどの部分が軽量化されるよう設計されており、全体の重量が 24% 削減され、原材料が節約され、生産サイクルが短縮され、生産コストが削減されます。

また、Hanbang Technology（2021 TCT Asia Exhibitionブース番号：J14）、Dazzle Laser（2021 TCT Asia Exhibitionブース番号：G20）、Yijia 3D（2021 TCT Asia Exhibitionブース番号：G24）など、一部のメーカーの積層造形プロセス設備は国際先進レベルに達しており、これらのメーカーは5月26日～28日（水～金）に上海国家会議展覧センターで開催される2021 TCT Asia Exhibitionに出展する予定です。さらに、より軽量なコンフォーマル冷却金型ソリューションや金属 3D プリントのアプリケーション事例もご覧いただけます。設計、材料からプロセスまで、3D プリントのコンフォーマル冷却アプリケーションを徹底的に探求し、TCT による付加製造のさらなる可能性を目の当たりにすることができます。

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