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ラピッドプロトタイピング製造技術

特殊加工技術には、主に電気加工技術、高エネルギービーム加工技術、ラピッドプロトタイピング製造技術などがあります。その中でも、ラピッドプロトタイピング製造技術は現代の製造に最も大きな影響を与えます。

特殊加工技術は、高度な製造技術の重要な部分であり、国の製造技術のレベルと能力の重要な指標であり、私の国の多くの主要な製造業でかけがえのない役割を果たしています。特殊加工技術を使用して特殊材料を加工でき、切削力がなく、微細加工や複雑な空間表面成形が可能なため、航空宇宙、軍事、自動車、金型、冶金などの重要な技術的問題を解決できます。 、機械および他の産業。こうして徐々に新興の特殊加工産業を形成します。特殊加工技術には、主に電気加工技術、高エネルギービーム加工技術、ラピッドプロトタイピング製造技術などがあります。その中でも、ラピッドプロトタイピング製造技術は現代の製造に最も大きな影響を与えます。

ラピッドプロトタイピング製造?チューリング(RPM)は、部品の3次元モデルのデータに従って、部品を迅速かつ正確に製造することです。 1980年代後半に開発され、過去20年間で製造分野の大きな飛躍的進歩と見なされており、高度な製造分野のホットスポットの1つです。ラピッドプロトタイピング製造技術は、CAD技術、数値制御技術、レーザー加工、新材料科学、メカトロニクス工学、その他の学際的かつ多技術を統合した新技術です。従来の部品製造プロセスでは、旋削、クランプ、フライス盤、研削、さまざまな固定具、工具、金型などのさまざまな機械加工装置が必要になることがよくあります。製造コストが高く、サイクルが長いです。より複雑な部品の場合、処理サイクルは均一です。数ヶ月。、低コスト、高効率の処理要件に適応することは困難です。ラピッドプロトタイピング製造技術は、この要件を満たすことができます。これは、現代の製造技術の大きな変化です。

原理と特徴

CADモデリングの開発と光学、機械、電気技術の統合により、ラピッドプロトタイピング技術は急速に発展しました。既存のライトソリッド法(SLA)、スタッキング法(LOM)、レーザー選択的焼結法(SLS)、熱溶解積層法(FDM)、マスク硬化法(SGC)、3Dプリンティング法(TDP)、スプレー粒子法(BPM) ))そして10種類以上。

1.光硬化3次元モデリング(ステレオリソグラフィー、SLA)

この技術は、感光性樹脂を原料とし、コンピューター制御の紫外線レーザーを用いて、所定の部分の各層状部分の輪郭をトラックとして、液体樹脂を点から線、表面へと一点一点スキャンします。 、スキャンされた領域の樹脂の薄層が発生し、重合反応が発生して、成形品の薄い部分が形成されます。層が硬化すると、リフティングテーブルが層の厚さの距離だけ移動し、新しい層をスキャンして硬化させるために、最初に硬化した樹脂の表面に液体グリースの新しい層が覆われます。新たに固化した層は、前の層にしっかりと接着され、部品全体のプロトタイプが製造されるまで続きます。動作原理を図1に示します。 SLA法は、商用化された最初のRPM技術であり、高精度、良好な表面品質、ほぼ100%の原材料利用率が特徴であり、特に複雑な形状と繊細な外観の部品を製造できます。

2.ラミネートオブジェクト製造(LOM)

ラミネートの製造工程は、片面にホットメルトでコーティングされた箔(接着剤コーティングでコーティングされた紙、コーティングされたセラミック箔、金属箔など)を、上部にあるホットローラーを介して加熱および接着することです。データによるとCADレイヤードモデルで得られた、レーザービームを使用して箔を製造部品の内側と外側の輪郭に切断し、次に新しい箔の層をその上に重ね、切断された層を下に接着します。ホットプレス装置同時に、レーザービームが再び切断され、部品モデル全体が完成するまで、切断、接着、および層ごとの切断が繰り返されます。

3.選択されたレーザー焼結(SLS)

エネルギー源としてレーザーを使用して、プラスチック、ワックス、セラミック、および金属(または複合材料)の粉末材料は、赤外線レーザービームによって処理面で均一に焼結されます。コンピューターの制御下で、レーザービームはスキャナーを介して特定の速度とエネルギー密度で2次元データをスキャンします。レーザービームがスキャンする場所では、粉末は特定の厚さの固体層に焼結しますが、スキャンされていない領域は緩い粉末のままです。対象物の断面の厚さに応じて作業台を上下させ、粉体散布ローラーで再度粉体を散布した後、新しい層のスキャンを開始します。これは、すべてのレベルがスキャンされるまで繰り返されます。余分な粉末を取り除き、粉砕して乾燥させた後、部品を入手します。

4.溶融堆積モデリング(溶融堆積モデリング、FDM)

CADモデルは非常に薄いセクションのレイヤーに分割され、FDMノズルの移動軌道を制御する2次元の幾何学的情報を生成します。 FDM加熱ヘッドは、ホットメルト材料(ABS、ナイロン、ワックス、その他の材料)を臨界半流体状態に加熱します。コンピューター制御下で、ノズルヘッドは、決定された2次元の幾何学的情報移動トラックに沿って半流体材料を押し出します。 CADにより、堆積と固化精密部品の薄層が形成され、新しいカンビウムは硬化のために垂直リフトシステムを通して下げられます。このようにして、層は積み重ねられ、結合されて、下から上にパーツの3次元エンティティを形成します。

上記の4つのRPMメソッドはすべて、共通の幾何学的および物理的基盤を持っています。それは、層状製造の原理です。幾何学的に言えば、任意の複雑な3次元エンティティは、平行な断面を持つ特定の方向に沿って取られ、厚さ8の製造ユニットを順次インターセプトして複数の層を取得し、厚さ8のこれらのユニットを重ね合わせて形成することができます。元の3次元エンティティ。これにより、3次元の問題が2次元の問題に変換され、処理の難しさが軽減されるだけでなく、パーツの複雑さによって制限されなくなります。 RPMの全体的な目標は、CADテクノロジーのサポートにより、複雑な形状の部品の製造を迅速に完了することです。その主な技術的特徴は、CADソフトウェアによって直接駆動され、さまざまな部品の固定具を準備する必要がないこと、部品製造​​の全プロセスです。複雑さを伴わずに迅速に完成します。3次元形状によって制限されるプロセス方法の影響。

基本リンク

1.3次元CADモデリング

幾何学的モデリングにさまざまな3DCADソフトウェアを使用し、部品の3D CAD数学モデルを取得することは、ラピッドプロトタイピング技術の重要な部分であり、製造プロセスの最初のステップです。 3次元モデリング手法には、主にソリッドモデリングとサーフェスモデリングが含まれます。多くのCADソフトウェアは、システムにいくつかの特別なモジュールを追加して、3次元モデリングの結果を離散化してパッチモデルファイルまたはレイヤーモデルファイルを生成します。

2.リバースエンジニアリング

部品の物理的形状は、ラピッドプロトタイピング技術システムにおける部品の幾何学的情報のもう1つの重要な情報源です。ジオメトリエンティティにはパーツのジオメトリ情報も含まれていますが、次のステップを処理する前に、この情報をリバースエンジニアリングによってデジタル化する必要があります。リバースエンジニアリングでは、パーツの表面をデジタル処理し、パーツの表面の3次元データを抽出する必要があります。主な技術的手段は、三次元測定器、三次元レーザーデジタイザー、産業用CT、自動断層撮影スキャナーです。三次元デジタル機器で得られるデータは、散乱した無秩序な点や線の集まりであることが多く、三次元CADモデルや階層化モデルなどを得るには、三次元的に再構築する必要があります。

3.データ変換

3D CADモデリングまたはリバースエンジニアリングによって取得されたデータは、RPM成形装置を制御して部品を製造するために使用する前に、大量に処理する必要があります。データ処理の主なプロセスは、表面の離散化、STLファイルまたはCFLファイルの生成、SLC、CLI、HPGLおよびその他の層状ファイルを生成するための層状処理、プロセス要件に従った充填処理、データの検査と修正、および数値制御コードへの変換が含まれます。 。

4.プロトタイプ製造

プロトタイピングとは、ラピッドプロトタイピング装置を使用して原材料を3次元の物理的エンティティに蓄積することです。材料、機器、技術は、ラピッドプロトタイピングに密接に関連する3つの基本的な側面です。成形材料は、ラピッドプロトタイピング技術の開発の鍵です。これは、成形速度、部品の精度と性能に影響を与え、部品の適用範囲と成形プロセス装置の選択に直接影響します。

5.物性変換

ラピッドプロトタイピングシステムで製造された部品の機械的および物理的特性は、要件を直接満たすことができない場合が多く、さらに処理、つまり物理的特性の変換が必要です。このリンクは、精密鋳造、金属溶射金型製作、シリコーン型鋳造、ラピッドEDM電極、セラミック精密鋳造、その他のサポート製造技術など、RPMの実用化における重要なリンクです。これらの技術をRPM技術と組み合わせてラピッドキャスティングを形成します。 、迅速な金型製造およびその他の新技術。

申し込み

RPMテクノロジーは、製品の概念設計、機能テストなどで使用でき、ワークピースの設計、金型の設計、製造などの分野で直接使用できます。RPMテクノロジーは、自動車、電子機器、家電製品、医療などの業界で使用されます。 、航空宇宙、手工芸品、おもちゃ。幅広い用途があります。

  • 製品設計の評価と機能テスト設計品質を向上させ、試作サイクルを短縮するために、RPMシステムは図面またはCADモデルを数時間または数日以内に目に見える有形のソリッドモデルに変換できます。設計プロトタイプに基づいて設計評価と機能検証を実行し、設計に関するユーザーフィードバックを迅速に取得します。同時に、製品メーカーが製品についての理解を深め、製造方法、プロセスフロー、およびコストを合理的に決定するのにも役立ちます。従来のモデル製造と比較して、ラピッドプロトタイピング方法は高速で正確であるだけでなく、CADを介していつでも変更および再検証して、設計をより完璧にすることができます。
  • 迅速な金型製造:RPMによって生成されたソリッドモデルをコアまたはスリーブとして使用し、精密鋳造、粉末焼結、または電極研削技術と組み合わせることで、製品に必要な機能金型を迅速に製造できます。製造サイクルは通常、従来のCNC切削の1/5です。メソッド。1/ 10。金型の幾何学的複雑性が高いほど、この利点はより明白になります。
  • 医学における生体模倣製造:医療用CT技術とRPM技術の組み合わせにより、人間の骨の構造や臓器の形状、形成外科、主要な手術計画のリハーサル、プロテーゼの設計と製造を再現できます。
  • アートワークの製造:アートワークや建築装飾は、デザイナーのインスピレーションに基づいて考案および設計されています。RPMを使用すると、アーティストの作成と製造を統合し、アーティストに最高のデザイン環境と成形条件を提供できます。ラピッドプロトタイピング製造は、まったく新しい設計と製造のコンセプトを生み出しました。比較的低コスト、強力な変更可能な特性、および独自のプロセスにより、製品の設計品質を向上させ、コストを削減し、設計と製造のサイクルを短縮し、製品をできるだけ早く市場に投入する方法を提供します。部品はより有利です。高度な製造技術として、ラピッドプロトタイピング製造技術は21世紀の製造業において重要な位置を占めるでしょう。