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。

最終仕上げスムージングステーション:可能性の拡大

概要

添加物製造アプリケーションの範囲は広範で拡大しています。プロセスや材料が高度化すると、業界は、製造へのプロトタイピングを超えてテクノロジーの利用を拡大してきました。アプリケーションは多様ですが、高品質と高機能の両立が難しいとみな感じています。最良の表面仕上げを行う添加剤製造テクノロジーは、最大強度をもたらすテクノロジーと明確に区別されています。

事実上、すべての強靱で耐久性があり強固な部品は、平滑で塗料対応面を持つように仕上げることができます。しかし、コストと時間は法外にかかることがあり、部品精度への影響は許容できないかもしれません。結果として、企業は、時間を節約し、コストを削減し、機能の詳細を維持するために、弱く、耐久性がより小さい代替物を使用することを以前は選んでいました。

プロトタイプの仕上げ、コンポーネントや完成品のツーリングは、リードタイム、コスト、品質に違う影響を与えいくつかの方法で行うことができます。最も一般的な代替法は、手作業またはパワーツールによる部品のサンディングです。全体的に、これは特に、機能や詳細部の少ない合理的な大きさの部品で良好に機能します。しかし、部品に多くの機能、細部や深い空洞がある場合、サンディングは手間や時間がかかり、コストも高くなります。また、材料を除去すると、寸法精度が落ち、部品に触れる人によって変化するということです。

サンディング操作の間、部品には充填材やプライマーが塗布されることがあります。非常に滑らかな仕上げの部品を提供するもので塗装用に部品を準備する際の一般的な方法です。くぼみがサンディングによって平滑にされる前に充填されるため、充填剤およびプライマーも寸法精度を保持するのに役立ちます。しかし、このペイント準備仕上げにはコストがかかります。充填剤およびプライマーの複数の被覆を作るにはさらに時間がかかり、各被覆間でサンディングするには労力がいります。これにより、部品のリードタイムと費用が増加します。

熱可塑性プラスチックでできた部品を平滑化する別の方法は、溶剤を使って外面を溶かすものです。部品は、表面上で MEK または ProWeld のブラッシングを行うか、材料のタブにディッピングすることができます。溶媒によって、プラスチックが液化し、これが表面の低いところに充填されます。溶媒には、多孔質面をシールするという付加的な利点もあります。しかし、欠点もいくつかあります。小さな機能が乱れることがあります。空洞に到達できないことがあります。さらに、滴りが目に見える跡を残します。また、溶剤を多孔質面の奥深くから蒸発させなければならない場合、乾燥時間が長くなる可能性があります。

特にダイレクト・デジタル・マニュファクチャリング(DDM)アプリケーションを追求する場合、高精度で鮮明な機能の詳細のある堅牢な機能部品を提供しながら、リードタイムやコストを最小限に抑える仕上げ技術を企業は求めています。

FDM と平滑化処理

FDM 部品の処理に別の仕上げ方法が可能となりました。わずかの作業と短い処理サイクルで、最終仕上げスムージングステーションは、塗装、メッキ、生産のための準備が整った仕上げのあるプロトタイプ、ツール、完成品の部品を作成します。平滑化ステーションは、32~63 ミクロンの表面仕上げを提供できます。

平滑化処理の成功により、競争力のあるテクノロジーを使用したアプリケーション用にFDM を企業は、再評価するようになっています。FDM は適した解決策である場合が多くありますが、アプリケーションの部品を仕上げるのにかかる時間とコストは、適していませんでした。平滑化ステーションは、企業が求める平滑な表面仕上げのあるFDM 部品の強度を提供します。

平滑化ステーションは、冷却と硬化のため、さらに平滑化のための 2 つのチェンバで構成されています。部品は、最初に、温度を下げるために冷却チャンバ内に配置されます。その後、平滑化チェンバ内に移送され、10〜30 秒間置かれます。部品の温度が低くなると、平滑化剤がすべての機能で均等に凝縮します。このようにして、部品の表面に広がり、細かい仕上げになるよう平滑化します。15~20 分間硬化させてください。軽くサンディングし、必要に応じてサイクルを繰り返します。サンディングは必要ありませんが、最良の結果をもたらします。サイクルは、必要に応じて繰り返され、その後、部品を硬化チャンバ内に置きます。部品は、触ってわかるまで 30~45 分乾燥させます。最良の結果を得るには、部品を 12~18 時間硬化してください。

部品を平滑化ステーションから取り出した際に、光沢仕上げとなっています。艶消し仕上げが必要な場合、平滑化処理の後に、ビーズブラスター(サンドブラスターと呼ばれることもある)を使ってバニシングを行います。Stratasys は、次の条件でブラスターを使用することをお勧めします:スプレーノズルで >30psi または2.068 バール、エンベロープサイズ 1016 X 509 X 508 mm(40×22×22 インチ)。Polyhard タイプ III プラスチックビーズ媒体(www.ustechnology.com/ stratasys からオンラインでご注文ください)を使って表面をバニシングすると、部品は、射出成形部品に似た均一でサテンの質感が得られます。

このプロセスは、FDM 部品を仕上げる、穏やかな非接触法です。小さな機能が歪んだり、誤って除去されないよう保護します。また、FDM 部品の寸法精度を維持します。

この結論は、エルパソにあるテキサス大学(UTEP)の W.M. Keck Center for 3D Innovation社 で行われた研究によって確認されています。W.M. Keck センターマネージャの Frank Medina 氏によると、“FDM 400mc 1 の精度は+/-0.013 mm( +/-0.005 インチ)です。平滑化処理により部品は0.023 mm( 0.0009 インチ)変化します。これにより、3 回の露出後の平滑化により精度の変化が軽微であると結論付けることができます。” David Espain 氏、Frank Medina 氏、Ryan Wicker 氏が行った UTEP での別の調査で、同チームは、寸法精度が露出の時間や露出回数には実質的に影響されないと判断しました。同チームはまた、部品を平滑化チェンバから取り出してから完全に固化するまで 1 時間、20 分間で十分であると判断しました。

平滑化ステーションでは、表面テクスチャが部品の機能、リードタイム、コストと同じくらい重要なアプリケーションに FDM を再導入します。FDM 部品の典型的なバッチは、塗装で 2 時間未満、作業で 15 分未満で処理され、準備できます。

アプリケーション

平滑化処理の実世界でのアプリケーションの例として、塗装したマーケティングサンプルから完成品の製造に至る全範囲があります。平滑化ステーションが起動してから、アプリケーションの範囲で Fortus システムの利用が拡大しています。平滑化処理を使って、会社は、機能性と滑らかな面の両方が要求されるアプリケーションに FDM の使用を拡大しています。アプリケーションには以下のものがあります。1.塗装または電気メッキによりマスターパーツを仕上げ 2.マスターのツーリング 3.液体アプリケーション用に部品をシール 4.金型の熱成形 5.投資鋳造

塗装:

大手自動車製造者は、塗装するプロトタイプフロントエンドグリルを準備するために、3 日と 700ドルがかかると推定しています。3 日間の工程で、作業者はボディフィラを塗布し、すべての面にサンディングを行い、プライマーにスプレーし、すべての面に再サンディングし、プライマーのトップコートで仕上げます。対照的に、同じグリルが 2 時間未満で平滑化され、塗料の準備が整います。平滑化処理の合計労力はわずか¾ 時間で、消耗品の費用は 10 ドル未満です。時間と費用の 90% の節約は印象的ですが、最大の利点が制作時間の短縮であることに気づきました。

手作業でグリルをサンディングする時間を最短にするには、自動車会社は、車に取り付けるのと同じ向きで FDM 部品を制作します。これにより、より小さなスライス厚の部品も作ることになります。平滑化により​​、これらの時間のかかる方策が両方ともなくなります。厚めのスライスで背中にグリルを制作することで、制作時間を半分以上短縮しました。これにより部品コストが低下し、納品が早くなり、マシンの生産量が増加しました。より高い生産性と短いリードタイムにより、アウトソーシングが少なくなり、機微な機密設計情報を組織内に維持しながらプロトタイプの経費がさらに削減することができました。

子どものおもちゃと赤ん坊の衣服の大手製造者は、会社が年間作っているすべての添加製造部品のほぼ半分に塗装を行っているものと推定しています。これらの部品を塗料用準備するために、サンディングを行い、充填し、プライマーコートを噴霧し、再びサンディングしています。この方法では、リードタイムが長くなり、労働力を消費し、プロトタイピング作業に多大なコストが余分にかかります。

この企業は、手作業による仕上げ方法を、塗装を行う幼児座席の準備のための平滑化プロセスと比較しました。リードタイムとコストを 80% 以上減らすことができることを発見しました。平滑化処理は、40 ドル以下で、2 時間未満で完了しましたが、サンディングとプライミングでは 6 時間の作業が必要であり、250 ドル以上のコストがかかりました。

熱成形:

食品包装の製造業者は、設計検証を行う際ににその熱成形プロセスのために、FDM ツールを使用しています。FDM ツールの特徴は、多孔質を制作できるため、部品全体を通して真空吸引することができることです。これにより、制作が完了すると同時に FDM ツールを使用することができます。しかし、多孔質表面が粗すぎたため、これらのツールをそれはマーケティングのサンプルとして使用しませんでした。

実験で平滑化処理で FDM 金型は二重の目的とすることができることが示されました。設計検証に続き、FDM 金型が平滑化されます。光沢仕上げは、熱成形マーケティングサンプルに最適です。平滑化処理を使って、現在、設計モデルとマーケティングサンプルの熱形成を同じ日に行うことができます。

部品の表面をシールするため、FDM 熱成形金型の利点が活かされなくなることがあります。しかし、戦略的に FDM 部品のスキンを単に通り抜けることができることを発見しました。平滑化処理では 0.25 mm (0.010 インチ)を貫通するだけなので、技術者は、先の尖ったツールを使って、金型の表面を穿孔することができます。

電気メッキ:

電気メッキ作業者は、平滑化処理が一回の操作で 2 つの基本的な機能を実行することを見出しました。その結果、納品が早くなり、費用が下がり、品質が高くなります。

電気メッキ工程の前に、部品を平滑化してシールしなければなりません。粗い表面はメッキした部品で目視でき、気孔により電気メッキの溶液が内部に達することができます。部品を平滑化してシールするのに使用される従来の手作業のプロセスが、リードタイムと直接労務費に追加されます。また、部品の品質と精度に差異が生じます。

磨いた金属表面に適した平滑性のレベルに達する部品の手作業によるサンディングは時間のかかるプロセスです。このプロセスはまた、部品の品質の変化につながる可能性のある職人技をかなり必要とします。同様に、プライマーを使って部品をシールすることで、プライマーおよび導電性コーティングのアプリケーションに不整合が生じることがあります。代替策は、溶媒中に部品を浸すことですが、これにより細部が損傷する可能性があります。ディッピングでは、さらに 1〜2 日の乾燥サイクルが必要となります。

それとは対照的に、平滑化処理では、寸法の一貫性を維持しながら、電気メッキした部品の小さな機能や細部を保護します。さらに、直接労務費と処理時間を最小限に抑えながら、処理を行います。ほとんどの場合、部品は、2 時間の電気メッキの準備ができています。

鋳造:

砂型鋳造と投資鋳造ファウンドリでは、パターン形成とツール形成のプロセスを加速するために FDM を実施しています。高品質の鋳物に対してリードタイムの​​短縮をする際の残り 1 つのハードルは、表面仕上げです。鋳造品の品質はパターンやツールの品質に依存しているため、時間と労力を各 FDM 部品に投資して、表面を手作業で仕上げます。

投資鋳造について、FDM パターンがあらゆる金属鋳造で消費されるため、手作業による仕上げは反復プロセスです。時間とコストに影響を与えるだけでなく、パターンの手作業では、部品間の寸法の一貫性を維持することが難しくなります。平滑化処理は、同時に 3 つすべての問題に対処します。1 バッチで、平滑化ステーションは、直接労務費としてわずか数分で、1 時間以内で複数の FDM パターンを処理できます。さらに、スムージング作業は、すべての部品で同じであるため、部品の表面の品質や寸法精度に一貫性があります。

砂型鋳造ファウンドリでは、FDM パターンを使用して、鋳造ツールを作るためにサンドをパックするコアボックス、コープ、ドラッグ、マッチプレートを作製しています。ファウンドリはまた、これらの品目を Fortus システムから直接作り、パターンの必要性をなくしています。FDM パターンか FDM ツールであるかに関係なく、スムージング処理により、生産砂型鋳造を納品する直接労務費とリードタイムを最小限に抑えます。

ギアハウジングやステアリングナックルのような複雑な砂型鋳造を製造すると、スムージング・プロセスの利点は実に大きくなります。複雑な部品では、それぞれ異なるコアボックスから作った数十のサンドコアが、内部通路や空洞を再現するのに必要かもしれないことに気づきました。手作業で数十のコアボックスを仕上げるには、多くの日数と計り切れないほどの労働時間が追加されます。スムージング処理を置き換えることで、同じ作業を、ほんのわずかな直接的な人件費で、何分の一かの時間で完了することができます。最終結論は、リードタイムを​​短縮しながら生産能力を高めることです。

結論

スムージング・ステーションを使用して FDM 部品を仕上げてシールすると、リードタイムや経費が印象的に削減できることに企業は気づき始めています。スムージング・ステーションは、複雑さや機能の数とは関係なく、わずか数時間で塗装準備用の仕上げを施し、1 時間未満の作業時間と 10ドル分の消耗品しか必要としません。

スムージング・ステーションは、基本的に FDM 添加物製造仕上げ加工を自動化しました。これにより、生産部品、プロトタイプツール、塗装サンプルのスムージングされた表面仕上げを実現するための部品のサンディング、充填、プライミングの時間、作業量、経費がなくなります。そうすることで、スムージング・ステーションは、高品質と高機能の両方を提供します。

幼児用シート


プロセス

リードタイム

人件費

消耗品コスト

ハンドサンディング

1.5 日

USD 240 ドル

USD 15 ドル

スムーズ

2 時間

USD 30 ドル

USD 10 ドル

削減

83%

84%

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