西安添加材料研究所の工業用粒状3Dプリンターは、大型/高効率/低コストを実現

工業製造の分野では、製品競争がますます激しくなっています。製品の設計・開発サイクルをいかに短縮するかは、現在の加工・製造業の発展における大きな課題です。 3D プリント技術は、設計プロトタイプを短時間で直接作成できるため、開発者は構造を迅速に最適化し、設計を改善できます。特に、一部の小ロットの非汎用部品や工具固定具においては、3D プリント技術は、その極めて高い製造効率と極めて低い生産コストにより、従来の加工業界に新たな道をもたらしました。

デスクトップ 3D プリンティングでは、多くの場合、熱溶解積層法の原理を採用した FDM 装置が使用されます。加熱されたノズルが XY 平面で部品の断面輪郭に沿って移動し、溶融材料が押し出されて急速に冷却され、作業台上で薄いシートの輪郭が形成されます。このサイクルは層ごとに継続され、最終的に 3 次元の製品部品が形成されます。しかし、工業用グレードの部品に直面すると、FDM装置の印刷効率は低く、印刷材料は完全に補充できず、印刷された部品の性能は劣ります。層間結合強度は射出成形部品の30％〜50％に過ぎず、FDM装置の工業分野への応用は大きく制限されます。

西安国家付加製造研究所の呂炳恒院士率いるチームの自動車グループは、低コストで真に工業グレードの熱溶解積層法（FDM）印刷を実現することを目指し、市販の粒状材料を印刷原料として使用し、応用最終製品の印刷と製造を目標とし、スクリューの回転を樹脂の溶融と供給の動力源として使用し、樹脂材料の急速溶融と高効率押し出しの目的を達成しました。最終的に、一連の押し出し成形プロセス（EDP）装置の設計と開発に成功しました。

このシリーズの装置は、印刷効率が高く、成形サイズが大きく、層間結合力が強く、また、ボトムアップで開発された制御システムや印刷室断熱システムなどのメリットもあります。現在、添加剤研究所が開発したEDPシリーズ装置は下図の通りです。

機器の特徴

01 超高印刷効率

EDP-P006 最大押し出し速度 1Kg/h

EDP-P01 最大押し出し速度 3.2Kg/h

EDP-P02 最大押し出し速度 15Kg/h

EDP-P04 最大押し出し速度 25Kg/h

一般的に、EDP シリーズ装置の印刷効率は、従来の FDM 装置の約 30 ～ 200 倍です。

02 スクリュー構造プリントヘッド+自動給紙

EDP 装置は、スクリュー構造のプリントヘッド設計を採用し、印刷材料を効果的に可塑化し、安定したスムーズで詰まりのない排出を保証します。同時に、自動給紙設計と組み合わせることで、印刷効率を向上させるだけでなく、印刷部品の層間結合強度も強化できます。

03 優れた印刷性能

EDP 装置を使用して製造された印刷部品は、層間結合が強く、その性能は射出成形部品に近いため、産業分野のニーズを満たします。

△異なるABS材料の製造方法による機械的特性の比較。未加工サンプルとは、EDP印刷版から直接切り取った標準サンプルを指し、加工サンプルとは、関連する国家標準に従って切り取った後、サンプルの表面が国家標準を満たすようにサンプルの表面を細かく加工したものを指します。この図から、EDP 印刷サンプルの機械的特性は従来のデスクトップ FDM 装置印刷のそれをはるかに上回り、基本的に射出成形部品の性能に近いことがわかります。特に重要な点は、EDP 印刷の層間結合強度が大幅に向上し、従来のデスクトップ FDM 装置印刷製品の大きな問題点が解決されたことです。

04 さまざまな材料への適応性

EDP機器の印刷材料は2つのカテゴリに分けられます。
1 つは従来の市販の熱可塑性樹脂ペレットで、入手しやすく低コストであるという利点があり、印刷および製造コストを大幅に削減します。
もうひとつは、耐熱印刷材料、高強度印刷材料、医療用装具用特殊材料など、さまざまな分野や製品向けに特別に開発された特殊材料で、さまざまな分野の印刷や製造のニーズに応えます。さまざまな種類の材料の使用と開発は、複数の分野のさまざまな製造ニーズを満たすだけでなく、EDP 機器の優れたマルチ材料適応性も証明します。

機器の用途

現在、付加製造研究所の工業用EDP設備は、コアキーコンポーネントの設計と製造を完了しており、専用の制御ソフトウェアも搭載されており、オンライン監視、連続印刷、電源オフ再開印刷機能を実現しており、金型製造、大型工業製品製造、文化創造彫刻製品などの分野で使用されています。さらに、積層造形研究所は、ABS、PLA、PC、PP、PMMA、およびそれらのガラス繊維または炭素繊維材料システムプロセスソリューションを含むさまざまな材料システムのプロセスパッケージの策定も提供し、さまざまな分野のニーズを満たす完全な製品ソリューションを策定できます。

1 ラピッドツーリング

下の写真は、EDP 装置を使用して印刷された特定の自動車部品の成形金型を示しています。
左上（図1）は、後処理なしで純粋なABSで印刷された特定の自動車部品の金型ブランクです。金型のサイズは約2050×800×850mm、重量は約55Kgで、EDP-P04装置を使用して印刷されています。印刷時間は約14時間です。右上の画像（図2）は、炭素繊維を含んだABS材料を使用して印刷され、その後表面加工された金型スケールモデルを示しています。金型はEDP-P01を使用して印刷され、寸法は約600×220×250mm、重量は約2.6Kgで、印刷には約3時間かかりました。左下（図3）は表面処理後の実際の金型です。右下（図4）は印刷された金型ピースを示しています。
2 大型部品の直接印刷

これには、製品の事前調査や展示車両の製造中の部品検証が含まれます。EDP-P01 および EDP-P04 デバイスを使用して必要な自動車の外観部品を印刷し、その後、必要に応じて印刷物を機械加工および表面処理して、最終的に必要な部品を取得します。下の写真は、EDP 装置を使用して印刷された大型部品を示しています。

左の写真は、研究機関で製作された大判プリントで、サイズは約855×600×250mmです。このパーツはEDP-P01で印刷され、重量は約4kg、印刷には約4時間かかりました。右の写真は、ある研究所で印刷・製造された、複雑な組み立て構造をもち、寸法が約φ1.5m×2mの大型構造製品です。
3. 医療用装具の迅速なカスタマイズ

次の写真は、EDP-P01 を使用して印刷された 2 つの整形外科用装具を示しています。左の写真は印刷後に加工されていない脊柱側弯症用装具を示しており、右の写真は印刷後に加工された脊柱側弯症用装具の別のセットを示しています。

整形外科用装具のサイズは約210×180×310mm、重量は約250g、印刷には約45分かかります。特殊な材料のため、この部品の印刷効率は比較的低く、これは EDP シリーズ機器の印刷材料への適用性が高いことも証明しています。

簡単な加工と対応する付属品の追加により、印刷された装具は整形外科用補助器具として完成します。柔軟性に優れているため、患者様は何度も着脱することができ、装着後も重さを感じることはありません。同時に、患者の体型に合わせてカスタマイズすることも可能です。特に、治療計画の段階的な調整が必要な脊柱側弯症や先天性股関節脱臼などの身体の変形の場合、3Dプリント技術はかけがえのない利点を持っています。

4 文化的・創造的な彫刻の迅速な制作

従来の屋外彫刻の製造では、発泡スチロールの彫刻とグラスファイバーの外装が使用されていますが、発泡スチロールの彫刻の製造コストは比較的高く、また、彫刻が特大になると、グラスファイバーの外装の大きな重量に発泡スチロールが耐えられなくなります。 EDP 装置は、大型彫刻の製造に新たなアイデアを提供します。左の写真は、EDP 装置を使用して印刷された牛の彫刻で、印刷にはわずか 40 時間しかかかりませんでした。

右の写真は、EDP 装置を使用して印刷された文化的かつ創造的な家具製品を示しています。カスタマイズされたクリエイティブ家具が非常に高価である理由は、主に単一部品および単一金型の製造プロセスによるものです。 EDP 設備の使用により、金型を使わずにクリエイティブなカスタマイズ家具を生産することができ、一体型の製品を素早く形成できるだけでなく、従来のプロセスの限界を打ち破って美しい曲線形状を作り出し、消費者の個別のニーズを満たすことができます。

5 電力保護産業における応用

EDP 装置は印刷効率が非常に高いため、電力業界の緊急保護製品の生産ニーズを満たすことができます。下の写真は、電力業界におけるEDP設備の応用を示しています。左の写真は従来のシールドカバーで、右の写真はEDP設備を使用して迅速に製造されたシールドカバー製品です。

市場協力：呉さん 159 2995 3850
プロジェクト協力：王氏 159 9180 0471

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