Objet3Dプリンタで造形したリビングヒンジ

高度なアプリケーション

最も需要のある機会に応える

短納期少量のカスタマイズ部品、マシニングでは作成不可能な複雑なコンポーネントや形状もStratasysの技術や専門性があれば、このような製造上の課題などを解決することが可能です。

FDM 可溶性コアを使用した複合部品の製造

概要

複合部品は、さまざまな材料や樹脂系を組み合わせたものを金型、バック、パターン、コア、マンドレル上で巻き、ラッピング、成形、敷設することで 作製します。 パターンをトラップする中空複合部品の作製は、製造上の課題です。 課題を克服するには、二つの半片を施設(および接着)するか、ツールの空洞内から作業して単一片 を施設するためにクラムシェルツールを使用します。

アプリケーション概要

以前、クラムシェルツールを使って中空複合部品を製造していたほとんど企業は コンピュータ数値制御(CNC)マシンを使って、ポリウレタンボードからパターンを生成し、 このボードで金型を作製していました。この方法では、特に、パターンを下請業者で機械加工した場合、 コストは高く、リードタイムは長くなります。そのため、多くの企業では、 FDM(熱溶融積層)を使ってパターンを作製することに切り替えました。FDM テクノロジー CAD ファイルのデータを使って、層毎にプラスチック部品を制作するアディティブ・マニュファクチャリング です。FDM は、パターンを非常に短期間で低コストで作製することで、かなりの時間の短縮とコスト削減を 実現します。

しかし、パターン作製後でも、 中空複合型を作る会社は、 時間のかかるレイアッププロセスに直面します。パターン作製後、 従来は、この方法を使って 金型を造形し、部品をレイアップするのに 3 日程度かかります。従来は、直接人件費として12〜15時間かかり、 残りの時間は 固化で費やされます。

新しい方法では、金型を FDM 水溶性コアと 置き換えることで、小ロット生産で かなりの改善が可能です。 水溶性のコアにより、金型の作製がなくなり、 さらに部品のレイアップで必要な時間がカットされるため、 納品までのリードタイムと人件費が 大幅に削減します。2 つの金型半片をレイアップし、 部品をそれぞれの半片にレイアップし、 次に 2 つの半片を接着する長時間のプロセスの代わりに、 複合クロスで水溶性素コアを 包むことができます。 部品が硬化した後に、コアを溶解させるだけです。

アディティブ・マニュファクチャリングの特性により、 FDM で、他のコアよりもより多くの複雑な 形状を作製することが できます。多くのアプリケーションで、より大きな設計自由度 からパフォーマンスが向上し、 コストが低下します。FDM 可溶性コアは、 十分な強度があるため、複合製造プロセスの荷重に耐える ことができます。さらに、 コアを液体バス中に浸す際にコアが単に溶けだすだけなので、 コア抽出中に部品が損傷する 危険はありません。

プロセスの概要

FDM 水溶性コアの製造では、標準の FDM プロセスに 2 つの変更が必要です。はじめに、 コアが、その内部構造がほとんど中空になるよう設計されています。次に、標準の FDM 部品の強い熱可塑性が 部品のサポート構造の構築で通常使用される可溶性物質 に置き換えられます。コアは、2 つの異なる方法で設計できます。第1の方法は、 固体 3D モデルを造形し、スパースフィルオプションを使うものですが、Insightでは、Fortus ビルド 準備ソフトウェアで、コアの内部容積を最小化する内部構造を自動的に制作 します。第 2 の方法は、(CADで)内部構造を造形し、この構造で 複合成形の温度と圧力の下でコア安定に維持しながら コアの除去を促進するために溶液の流れを加速させるものです。これらのアプローチでは両方とも材料の消費量、 ビルド時間、ウォッシュアウト時間が最小限になります。

FDM 可溶性コアを製造プロセスに一体化するのは比較的簡単です。プロセス の変更は、複合硬化とコアの除去に先立って必要ありません。硬化 サイクルも変更はありませんが、温度は、歪みを避けるために制限しなければなりません。一般に、 FDM コアのある複合部品は、121 °C (250 °F)未満の温度で、 50 psi(345 kPa)未満の圧力で固化しなければなりません。唯一のプロセスの変更は、複合部品が固化した後に、 コアをは溶液タブで溶解させて除去することです。これを行うには、部品を Stratasys WaterWorks 可溶性サポートシステム内に設置します。

活用事例

、Joe Gibbs Racing (JGR) 社のエンジには、 、各レースの後に問題を診断し、解決策を見つけ出し、それを実行し、 車を次のレースに送り出すまでの期間は、 わずか 3 日間です。概念から生産部品まで進める JGR社 の能力が、 3 つの優勝と、 NASCAR サーキットにおいて最も競争力のあるチーム としての地位につながりました。

ある日曜日、JGR社 の車でタイヤが鳴り、 エンジニアは、タイヤを冷却させるエアを 供給するダクト出口に問題を 見つけ出しました。以前は、新しいダクト概念設計を行い、 FDM プロトタイプを造形評価し、FDM パターンを使って金型を 造形し、複合部品をレイアップするのに 1 週間以上かかっていました。このプロセスでは、次のレースに間に合うよう新しい部品の製造を 完了できませんでした。

JGR 社は、ダクトを再設計して、生産部品を制作するのに必要な時間を大幅に短縮するために、FDM 水溶性コア を使用しました。月曜日に、JGR社の エンジニアは、新しいダクト出口を設計し、 タイヤビードを冷たく保つのに必要となる、タイヤビード上のエアを供給するようにしました。その後、エンジニアはコンセプトモデルを、 Stratasys Fortus システムを使ってわずか4 時間で制作しました。コンセプトで複数の反復を完了し、 車へのフィットを確認した後、エンジニアは、FDM 水溶性コアを制作しました。最終の 炭素繊維部品を複合コア上にレイアップしました。部品が硬化した後、水溶性 コアを溶解除去しました。新しい部品は、次のレースに向けて搬送する前に、車にボルトで固定されるように、 水曜日に間に合って準備ができました。

FDM 水溶性コアの使用とクラムシェルツールの使用は JGR社 にとってどのように比較できるか?


方法

コスト

時間

作業時間

FDM パターンとクラムシェル金型

USD 350 ドル

3 日

15 時間

FDM 水溶性コア

USD 90 ドル

1 日

2 時間

削減

USD 260 ドル (74%)

2 日(66%)

13 時間(87%)

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