メタル3Dプリントを追加し、特に直接金属レーザー焼結(DMLS)を加工することで、製造工場は生産能力を大幅に向上させることができます。しかし、DMLSを効率的にスケーリングし、費用効果が大きい場合は、戦略的な計画と実装が必要です。この記事では、コストをコントロールしながらDMLS操作を最適化するための重要な戦略を探求しています。複雑な金属部品に対する需要は、航空宇宙、医療、自動車分野にわたって成長するにつれて、メーカーは、腐食証拠金なしで容量を拡大するための審議的なアプローチを採用する必要があります。

DMLSとその利点を理解する

DMLSは、高出力レーザーを使用して、固体、高強度部品に金属粉末粒子を焼結させる添加剤製造プロセスです。従来の微分法とは異なり、DMLSは3Dモデルから直接層によってコンポーネント層を組み立てます。この技術は、鋳造や加工で不可能な設計柔軟性を提供し、最大90パーセントで原材料廃棄物を削減し、カスタムまたは低体部品の製造を迅速に行うことができます。DMLSを服用する主要産業には、以下が含まれます。

  • 航空宇宙:]] 軽量ブラケット、燃料ノズル、タービンブレード、内部冷却チャネル。
  • 医療:]患者固有のインプラント、手術器具、歯科用義歯。
  • Automotive:]]カスタムツーリング、ジグ、および高性能エンジンコンポーネント。
  • []Oil & ガス:[過酷な環境の耐久性のある部品、リードタイムを削減します。

量産量が増加するにつれて、DMLS のスケーリングは機械利用、材料処理、ポスト処理の課題を紹介します。 慎重な計画がなければ、コストはすぐにエスカレートし、技術の侵入性の利点を侵食することができます。

コスト効果の高いスケーリングのための重要な戦略

効果的なスケーリングは、ハードウェア投資、設計最適化、ワークフロー自動化、ソフトウェアツールの組み合わせが必要です。次の戦略は、コスト制御成長のためのフレームワークを形成します。

モジュラー・スケーラブル・機器への投資

DMLS マシンをモジュールアーキテクチャで選択することで、メーカーは単一ユニットで開始し、容量を増やすことができます。]] などの多くの近代的なシステムが、EOS または 3D Systems[] からなる、必要に応じて複数のレーザーモジュールをサポート。このアプローチは、最大資本支出を削減し、アイドル容量の支払いを回避します。機器を選択すると、標準のプロセスを簡素化し、メンテナンスを簡素化し、メンテナンスを簡素化します。

部品設計を最適化し、製造を自動化

DMLS プロセス用に特に部品を設計することで、コストを大幅に削減できます。主な設計ルールは次のとおりです。

  • 部品を指向することで、45度以下のセルフサポートオーバーハングにサポート構造を最小化。
  • 構造を縦にネスティングしたり、積み重ねられたビルドを使用して、ビルド高さを削減します。
  • 格子か空構造を使用して強度を維持している間材料の使用法を切って下さい。
  • 複数のコンポーネントを単一のプリントアセンブリに結合して、アセンブリコストを削減します。

設計段階のシミュレーションソフトウェアを初期に適用することで、熱応力と歪みポイントを識別し、試験の実行と無駄なビルドを削減できます。 ]] のようなツールは、 または ] Simufact は、部分の動作を予測し、スキャン戦略を最適化することができます。

プロセスオートメーションの実装

自動化により、労働コストを削減し、複数の領域でスループットを増加させます。

  • 粉末処理:] 自動篩、混合、リサイクルシステムにより、オペレータの介入を最小限に抑え、汚染リスクを削減します。
  • ビルド除去:]] ロボットアームまたはコンベアシステムにより、チャンバーから完成したビルドを抽出し、ダウンタイムを削減できます。
  • ポスト処理:[]] 自動サポート除去ステーション、CNCクリーニングセル、およびロボット研磨アームは、繰り返し仕上げタスクを処理します。
  • []の観点:[]]]]のマシンビジョンシステムとインラインセンサーは、生産を遅くすることなく欠陥の部分をチェックします。

部分的な自動化でさえ、自動粉の回復のような、高容積環境の15〜30パーセントで1部あたりのコストを下げることができます。

素材・加工品の標準化

生産で使用される金属合金の数を制限すると、在庫の複雑さ、粉末管理のオーバーヘッド、およびオペレータのトレーニングが減少します。Ti-6Al-4Vなどの高需要材料の小さなセットに焦点を当て、医療および航空宇宙、316Lステンレス鋼などの一般的な目的のために、および軽量自動車部品のためのAlSi10Mg。標準化されたビルドのレシピ、ポスト処理ワークフロー、および材料グループ内のすべての部品に適用される品質チェックポイントを開発する。標準化は、機械間のパラメータを移動することができないため、スケーリング演算子を簡素化します。

重度のシミュレーションとモニタリングソフトウェア

ソフトウェアツールは、プリプリントシミュレーションとインプロセス監視の2つの重要な役割を担います。シミュレーションは、溶融プールの動的、温度の勾配、および残留応力を予測し、エンジニアが最初のレイヤーが印刷される前にパラメータを調整できるようにします。これにより、テストビルド数と材料の無駄がパラメータの最適化に減少します。溶融プールカメラやピロメータなどのインプロセス監視システムは、リアルタイムのフィードバックを提供します。逸脱が起こると、システムがパラメータの途中で停止または調整したり、エラーが発生したりすることができます。このシステムは、特に、適切なレベルの故障を防ぎます。

コスト管理技術

基本的な戦略を超えて、いくつかのニッチ技術は、スケーリング中により深いコスト削減を達成するのに役立ちます。

状況のモニタリング

ビルドチャンバーのセンサーを直接配置することで、レーザーパワー、スキャン速度、パウダーの拡散をクローズドループ制御できます。このアプローチは、スループットを増加させながらも、部分の品質が一貫して維持されることを保証します。 ]のような企業は、既存のDMLSマシンのレトロフィットを提供し、層別欠陥検出を追加します。初期投資は適度ですが、エンド・オブ・オブ・検査コストとスクレイピング率の低減はすぐにオフセットします。

ネストビルドとバッチ最適化

ビルドボリューム利用の最大化は、最も効果的なコストレバーの1つです。 一度に部品を印刷する代わりに、メーカーは単一のビルド内の複数の同一または補完的な部品をネストすることができます。 高度なネスティングソフトウェアは、自動的に部品を整理し、高さと粉末消費を最小限に抑えます。 例えば、スパースアレンジの10部品を保持するビルドプレートは、スマート回転とスタッキングで14部品を保持するために最適化される可能性があります。 パートごとのコストは、機械の時間を固定したり、予熱したり、ポストプロセスを分散したりするなど、比例的に低下します。

素材のリサイクルと粉末管理

金属の粉は重要な進行中の費用です。閉鎖ループ粉のリサイクル システムは各造りの後で未使用粉の95%まで取除くことができます。但し、再使用される粉は粒子のサイズの配分および酸化のために編まれるそして分析され、部品の質を維持するために必要とします。ある製造業者はリサイクルされた粉が付いている小さい比率を一貫性を維持するために混合します。強い粉のライフサイクルの議定書を確立することは材料が生産の傾斜として制御可能であることを保障します。

スケールでの品質管理

スケールが重要である間質を維持して下さい。厳密な品質保証なしで、より速い生産からの費用節約は働きかスクラップによって拭くことができます。主要な測定は下記のものを含んでいます:

  • [通常校正:]]レーザーパワーメーター、ガルボ精度テスト、温度校正は、厳しいスケジュール、できれば自動化に従うべきです。
  • [ 統計プロセス制御(SPC):[ トレンドを識別し、初期のドリフトを検出するために、すべてのビルド(気孔率、密度、表面粗さなど)からデータを収集します。
  • 非破壊試験:[] CTスキャンまたは生産ユニットを消費する破壊試験を避けるために重要な部品のための超音波検査を組み込む。
  • [トレーサビリティ:]]ユニークな部分シリアル番号、ビルドログ、および材料のバッチトラッキングにより、品質の問題が発生したときに根本原因解析が有効になります。

品質管理インフラの初期投資では、サプライチェーンの未対応部品を防止し、ブランドの評判や顧客契約を保護しています。

サプライチェーンと労働力の検討

DMLSの生産をスケーリングすることで、サプライチェーンと労働力への戦略的変化が求められます。

サプライチェーン

  • [ 複数の粉末サプライヤー:]] 単一の金属粉末ベンダーに頼るリスクを作成します。 競争力のある価格設定と供給の継続性を確保するために、各合金の少なくとも2つのサプライヤーを修飾します。
  • ローカルパウダーブレンド:]] いくつかのメーカーは、専門サプライヤーに依存し、材料特性をコントロールする要素粉末から独自の合金をブレンドします。
  • ] は、部品在庫:[]] は、レーザーダイオード、ガス再循環フィルター、およびスケーリング中に拡張ダウンタイムを回避するために、ブレードなどの株式の重要なスペアです。

労働力

  • [:クロストレイン:]]複数のマシンとポスト処理ステーションのトレーナーが、柔軟性を高め、ボトルネックを削減します。
  • デザイン教育:]] DMLS固有のDFAM(添加剤製造の設計)の原則にエンジニアを設計するための継続的なトレーニングを提供して、部品コストを継続的に改善します。
  • []パートタイムスペシャリスト:[]]複雑な解析タスク(例、シミュレーション、CT通訳)、要求が永続的に採用されるまで契約スペシャリストを検討してください。

DMLSスケーリングの未来の方向

今後数年で、スケールコストをさらに削減する技術が生まれます。

  • [マルチレーザー並列処理:[]4つ以上のレーザーで同時に作業する機械が、ビルド時間を50%以上削減し、特に大きなバッチのために1部あたりのコストを削減することができます。
  • 加工熱処理:]] 一部のDMLSプラットフォームは、誘導加熱またはレーザー再溶融ステップを統合し、別の応力緩和サイクルを排除します。
  • [パラメータの最適化のための人工知能:[機械学習アルゴリズムは、以前のビルドデータを分析して、新しい部品に最適な設定を自動的に推奨し、試験ビルドを削減します。
  • ワイヤーベースの金属印刷:[]]]より大きい部品のために、DMLSをワイヤーアークの付加的な製造業(WAAM)と結合する雑種システムはより低い材料のコストと多材料の造ります。

これらの開発について知らさずに、メーカーは、コスト削減傾向と一致する資本投資を計画するのに役立ちます。

コンテンツ

製造工場でのDMLS生産をスケーリングすることは、モジュール式機器を採用し、設計を最適化し、プロセスを自動化し、材料を標準化し、シミュレーションとモニタリングツールを活用することで、費用効果が大幅に向上することができます。 高度な技術は、直感的な品質監視、ネストされたビルド、および懲戒された粉末管理などの高度な技術が、さらにコスト制御を強化します。 これらの戦略により、メーカーは品質を維持し、コストを制御しながら、高度な製造市場における将来の成長を位置決める能力を拡大することができます。 キーは、フレキシブルなシステムからスケールを計画することです。 DMLSは、その技術は、その性能を最適化し、その性能を向上します。