Objet木目のダッシュボード

仕上げアプリケーション

3Dプリントされたパーツをつなげ、シーリングして美しくする

射出成形製品とほぼ見分けがつかないプロトタイプ、高度なツール用途、および外観と雰囲気の感じが良い耐久性のあるカスタムデバイスには、シンプルなポストプロセスを3Dプリントされたパーツに適用します。

接着・結合

概要

お使いの3Dプリンタのビルドエリアを超えるモデルを造形、または3Dプリントした部品を他のコンポーネントと組み合わせます。

FDM 部品の接着

単品で製造するのには大きすぎる部品の場合、サポート材の少ない製造をスピーディーにする場合や精緻な特性をもった部品の場合は、FDM(熱溶融積層)部品を区画接着するのが賢明なソリューションです。FDM 部品の接着のためには、多くの方法とさらにさまざまな材料があります。

接着方法を区画する際の重要なポイントは、接着継手の強度とそれぞれの FDM 材料との適合性です。Stratasys は、エルパソ大学テキサス校でラボテストを行い、引張強さを測定しました。その他の基準として—、時間、コスト、操作の難易度、部品構成、一般的性能—についても考慮しました。ただし、接着した部品の精度は、多くの要因によって変わります。例えば、粘度などの接着特性が、精度に影響を与えます。技術者のスキル、ジョイントのスタイル、固定具の種類は、さらに大きな影響を与えます。

お客様のニーズに最も適した接着法をお選びいただくための、様々な FDM 材料で作られた部品を接合するための一般的な方法の簡単な評価は、以下の通りです

接着剤(エポキシ)

FMD 部品を接着するのに、二液性エポキシが通常使用されます。エポキシコンポーネントを混合した後、ディスペンサ、ブラシ、浸透を実施します。粘度は、薄いコーキングライクから太いパテライクまで範囲が広く、適用するテクノロジーも異なります。適用後、接着部分は、エポキシ樹脂が硬化する間、固定またはクランプします。

エポキシは、硬化期間、材料特性、接着強度が異なります。しかし、一般的に、エポキシは使用が簡単です。エポキシは、非常に良好な機械的強度を実現し、通常、良好な耐熱性と耐化学性があります。これらの接着剤では、貼り合わせ時間が 20〜70 分です。 これにより、部品を合わせた後に微調整を行うことができるというメリットがあります。一方、硬化には長時間かかります。室温で硬化させると、部品を長時間処理することができず、硬化サイクルが 1〜5 日続きます。熱硬化の場合、サイクルを大幅に加速することができます。

接着剤(シアノアクリレート)

シアノアクリレートは、一般的に強粘着剤として知られています。シアノアクリレートは速い硬化型接着剤であり、素早く簡単な修理や軽い作業の接着用途で使用できます。強粘着剤は、単に合わせ面に塗布され、セクションが接合されています。接着剤は、数分で固化します。強粘着 FDM 部品の引張強度は、エポキシ接着剤よりも高くなります。しかし、高温、化学物質、溶媒に対する耐性が悪くなります。したがって、強粘着剤との結合により、FDM 部品の性能が低下する可能性があります。そのため、機能プロトタイプや製造部品よりもコンセプトモデルや形状、プロトタイプのフィットが推奨されます。

溶剤

溶剤接着は、接合する面でプラスチックを化学的に溶融することで機能します。溶剤は、突き合わせてクランプするセクションにブラッシングするか、あらかじめ突き合わせたジョイントまたは既存のクラックに注入できます。水で薄めた溶剤は部品表面にしみ込み、修理または結合の強度が向上します。いくつかの溶剤が使用できますが、推奨する製品は、Micro–Mark の SAME STUFF です。この方法では、多くの接着剤よりも強い接着となります。強粘着剤のように、このプロセスは簡単であり、接着は秒単位で固化します。別の類似点は、溶媒がシームや波面にしみこむため、届きにくいエリアに塗布できることです。

強粘着剤とエポキシに勝る利点は、蒸発後に接着部に FDM 材料しか含まないということです。接着は秒単位で固化しますが、部品は少なくとも 8 時間硬化させなければなりません。また、部品が 80℃(176 F )を超える温度にさらされた場合、表面の膨れが発生する可能性があることにご注意ください。溶剤溶接は、PPSF または ULTEM 9085 の接着には適していません。これらの FDM 材料は化学的に耐性があるため、溶媒にはほとんど反応しません。

高温エアプラスチック溶接

プラスチックの高温エア溶接は、金属の酸素–アセチレン溶接に似ています。しかし、高温エアのジェットがジェット火炎に置き換わり、FDM 材料のフィラメントは溶加棒に置き換わります。部品を接着するには、高温エア溶接ツールをジョイントに沿ってゆっくりと引き抜きます。熱によってフィラメントが溶融し、その後、継ぎ目を埋めます。この方法では、他のあらゆる方法よりも強い接着となります。また、高速かつ安価です。

部品は、触ることができる程度に冷えれば、すぐに使用できます。接着材料は FDM プラスチックの小片であるため、コストは無視できます。接着媒体として FDM 材料を使用することの別の利点は、材料の連続性があることです。接着は、部品と同じ特性および特徴を持っています。最良の結果を得るには、高温エア溶接を薄肉セクションで使用するべきではありません。また、このプロセスでは、かなりのスキルを必要とするため、その結果は、技術者の経験と技術によって変わります。

超音波スポット溶接

この技術は、プラスチック部品間で永続的な結合を行う場合に生産工程で広く使用されています。超音波スポット溶接ツールでは、ジョイントの局所エリアを溶融するのに音波を使用します。ハンドヘルド超音波溶接機が利用できれば、この方法は、少量のプロトタイピングや直接デジタル・マニファクチャリングのアプリケーションでも使用することができます。他の溶接方法に比べると、溶接ツールを購入する必要性があるにしても、超音波溶接には目立ったデメリットはほとんどありません。溶接領域は、周囲の材料よりも強固ですが、引張強さについては、高温エア溶接した部品や接着していない部品ほを大きくはありません。超音波溶接機のホーンとホーンチップは交換可能な場合が多いです。さまざまなホーンや溶接チップが利用可能であり、溶接できる材料の厚さ、溶接部の直径、作成された溶接部の種類がそれに応じて決まります。

ジョイントに材料が導入されないため、部品の精度やその特性にはほとんど変化がありません。これにより、部品の品質や人間の組織との接触の適性を考慮しなければならない医療用アプリケーションに対して超音波溶接が最適です。

より大きな強度が必要な場合、超音波溶接を、他の方法と組み合わせて使用​​することができます。ここの部品を仮溶接してその一を固定してから、接着剤、溶剤など他の結合剤を塗布します。この方法は、大きな組み立てや扱いにくい組み立てで特に便利です。超音波溶接は、高速で非常に安価です。溶接作業が完了すると、部品をすぐに使用することができます。さらに、必要な消耗品がないため、経費は直接的な人件費だけです。

ファスナー(機械)

この方法は接着方法ではなく接合方法ですが、効果的な代替法となります。FDM 部品を接合する際に用いることのできる機械的締め付け法やハードウェアのオプションは多数あります。セクションを機械的に接合するユニークな方法の 1 つは、ビルドプロセス中に FDM 部品に締め付けハードウェアを挿入することです。Fortus マシンから部品が出てくるときに、ファスナは部品内で一体化されています。

活用事例

ウィニペグを拠点とする KOR EcoLogic 社のエンジニアリンググループの社長兼上級設計者であるJim Kor 氏は、次のように述べています。「我々は、環境に配慮されたクリーンでエネルギー効率の高い車をドライブしたいのです」環境へのパッションから、Stratasys の生産能力を活用して造形した持続可能性のある新しい車のコードネームを「Urbee」としました。二人乗り用 Urbee は、「バックアップとしてエタノールを使った都市型電気」を略したものであり、最小限のエネルギーで動くように設計されました。高速道路では 200 mpg 以上、都市部では 100 mpg 以上の速度に達することができます。そして今、この車は、接着工程で車全体をプリントした最初の試作品の車となりました。

オプションを評価するに当たり、Kor 氏は、試作品の車体パネルを繊維強化ポリマー(FRP)またはガラス繊維を使って造形するには、車体パネルのそれぞれについて、1:1 のスケールのプラグを、まず木材や MDF で強固な枠組みを作成し、手彫りで形状を作ることのできる高密度の泡で覆って造形する作業で実現できることを見い出しました。または、CNC フライス盤のマシンを使って彫り、より精緻な面を制作することもできます。

“ガラス繊維の車体では、さらに長い時間がかります”と、Kor 氏は言います。“さらに、ドラフトや、金型から取り出す部品の機能についても対処が必要です。”

KOR社 の工業デザイナーの 1 人が Jim Kor 氏にStratasys を推薦してから、同チームはその解決策を発見したようです。Stratasysの代表者との会話をきっかけに、すべての外装部品をDimension 3D プリンタとStratasys のラピッドプロトタイピング・ダイレクト・デジタル・マニュファクチャリングサービス(Fortus 3D Production Systems at RedEye on Demand)を使って造形して接着することができると Kor 氏は考えるようになりました。

Kor 氏と同僚は、車をスキャンしたコンピュータモデルを 9 個の論理的車体パネルに変換し、はじめに1/6 のスケールモデルを造形して、すべての個々の部品の正確な適合を確認しました。これにより、大型パネルに問題がないことをチームとして確信しました。

Stratasys とともに、同チームは、材料としてABSを選び、車の造形を始めました。承諾を数週間以内で受け、Kor 氏の元で主要な車体パネルが制作されました。完成品と同じサイズのドアとサイドパネルが最初に完成しました。“大型パネルでした”と、Kor 氏​​は言います。“これらの部品は完全にフィットします。” 残りの車体パネルは Stratasys が制作して接着しました。

“Stratasys がフェンダーを制作し、必要な場所に正確にプラスチックを配置することができます”。“本当に頑丈で、信じられないぐらいです。環境にとって良いだけでなく、コストを削減し、安全を損なうこともありません。不要な材料を配置する必要はないというだけです。FDM テクノロジーにより、Urbee の設計変更を簡単かつ効率的に行うことができました”と、Kor 氏​は言います。“また、金型、加工、手作業がなくなることで、当社の環境目標も達成できました。金型なしでパイロットランができれば有利です。”

Kor 氏​​は、FDM の生産技術のスピードに驚嘆しました。“数日~数週間かかる車体部品を非常に速く手に入れられることです。”“その他の方法では、数ヶ月遅れです。”

FDM を活用したUrbee の部品を接着する Jim Kor 氏

“完成品サイズの車スキンを、Urbee モデルの機能テストのために ABS プラスチックから制作しました。部品の一部は単一部品として制作するには大きすぎたため、小片に区分けして Fortus 900mc 上で制作しました。部品を制作した後、区分されしたコンポーネントを接着する必要があります。高温エア溶接法を用いました。区分けした部品を、蟻切片ジョイント、クランプ、万力グリップを使って所定位置に固定しました。その後、区分け部を所定位置に仮溶接しました。次に、すべての外側ジョイントおよび内部リブを、同じ高温エア溶接法を用いて接合しました。内側の非構造リブは、溶媒ボンド ProWeld を使って接合しました。美観と機能テスト用の外面を仕上げるために、溶接部はペーパー仕上げでスムーズにしました。”

PolyJet 部品の接着

Objet のオーバー成形機能により、成形部品を接着することで製品をモックアップする必要性が減りました。しかし、ビルドトレイよりも大きい部品を造形すたり3D プリントした部品を他のコンポーネントと結合するために、接着が必要となる場合があります。幸いなことに、PolyJet フォトポリマーから 3D プリントした部品は、シンプルで安価な家庭用の接着剤を使って迅速かつ容易に接着することができます。

大型モデルでは、部品を正確に接続できるようにソフトウェア切断ツールを使って、設計を複数の部品に分離することができます。部品は瞬間接着を使って取り付けるか、アクチベータの必要な接着剤を用いて接着時間をコントロールし、再配置を可能にすることができます。

接着部品の事前プリント

大きな部品をプリントする場合、設計を複数の部品に分離して、その後に接着して完全なアセンブリを制作できます。これは、設計が完了する前に、CAD ソフトウェアを使用するか、CAD 設計が完了した後に STL ファイル操作ソフトウェアを使って行うことができます。複数の部品を接着する際に、以下の点を考慮することが重要です。

  • 部品を正確に接続するための簡単​​な方法を見つけること。
  • CAD 設計で意図されるとおり、接着部品の寸法特性を維持すること。

Magics ソフトウェア切断ツールは、これらの目標を達成しながら、複数の部品を接着する簡単かつ直感的な方法を提供します。Magics ソフトウェア切断ツールには、いくつかのオプションがあります。このソフトウェアツールを使用する場合、次の手順が推奨されます。

  1. 部品の自然座標系と一致する表示(すなわち、正面図、背面図、左側図など)に部品を向けます。このやり方で、部品に対して切断線を引く場所の明確な遠近図を得ることができます。
  2. 切断線を引きます。部品本体の外側の点から始めて、その部品本体の反対側の点で終わるようにして、部品を横断した直線を描くことをお勧めします。
  3. 三角形(接着部品に最適)、正方形(金型に最適)、ジグソー、またはユーザー定義の切断から選択が可能です。また、サイズをコントロールし、切断のタイプのオフセットも可能です。
  4. 切断部品間のクリアランスを必ず追加してください。これにより、接着剤のために十分なスペースが残り、最終部品が設計寸法特性を維持できるようになります。クリアランス値は、使用する接着剤の種類によって変わり、推奨されるデフォルト値は、0.1 mm であることにご注意ください。切断操作が完了すると、2 つの別個の STL ファイルが作成され、トレイ上で自由にプリントできます。

接着部品の後処理

部品を接着する前に次のプロセスを推奨します。

  1. 部品をプリントした後で、水流を使って部品を洗浄してください。
  2. 部品を洗浄した後、水で希釈した 2% NaOH 溶液中に 20〜40 分間浸します。これにより、すべてのサポート材の残りを取り除かれます。
  3. その後、水でもう一度洗います
  4. 自由空気中で部品を乾燥させるか、乾燥工程をスピードアップするために加圧空気を使用します。

推奨する接着剤の種類

PolyJet の専門家が最も一般的に使用する接着剤の種類は、(シアノアクリレートとしても知られる)強粘着剤です。一般的に、シアノアクリレートは、水(特に、水酸化物イオン)の存在下で急速に重合するアクリル系樹脂です。ALTECO-ACE –D は、通常、接着時間をコントロールするアクチベータとともに使用します。アクチベータのスプレーは、モデル上でこぼれた残りを固化するために使用することができます。その後、ペーパー仕上げをすることで、余分な接着剤が部品上で広がるのを防止できます。

瞬間接着を行うには、接着剤を、所望の面に塗布し、アクセラレータでスプレーする必要があります。接着剤およびア​​クセラレータの詳細については、以下のリンクにアクセスしてください。

その他の接着剤の種類

硬質部品

  • LOCTITE 401 – 中粘度
  • Permabond Ultra Fast 792 – 超高速固化時間、一般用
  • Al-fix – アクチベータに同梱
  • Kleiberit 851.0 – 使い易いアプリケータキャップ付き

柔軟部品

  • Sico Met 8300 および高速アクセラレータスプレー — エラストマに最適
  • 柔軟部品用 Permabond Black Magic 737