風力タービンのブレード先端（8日間分）を、初回から正確に印刷する

課題

失敗が許されない8日間の造形 

米国エネルギー省の資金提供によるイニシアチブの一環として、サンディア国立研究所は、失敗の余地が一切ない、長さ約2メートルの空力設計による風力タービンブレード先端部を製造する必要がありました。 

この製作には以下が必要でした： 

• 185時間の連続印刷 
• 材料8スプール
• 複数回の自動材料交換 

この部品はFDM（溶融積層法）技術を用いて印刷することは可能でしたが、自動フィラメント交換により3回の試作にわたりばらつきが生じ、表面品質と均一性に影響を及ぼしました。1回の製造に1週間以上の稼働時間を要するため、失敗によるコストは甚大でした。 チームは、部品の再設計を行わずに、フィラメント交換の回数を減らし、プロセスを安定させる必要がありました。  

そこで、サンディアはストラタシス・ダイレクト・マニュファクチャリング（SDM）の協力を得ました。 30年以上にわたり、Stratasys Direct™はFDM® 3Dプリンティングの分野をリードし、顧客が複雑な設計および製造上の課題を解決できるよう支援してきました。同社は、最も要求の厳しい用途向けに、信頼性が高く高性能な部品を提供してきた実績があります。 

ソリューション

F900 3DプリンターとFortus FDCの組み合わせ 

チームはSDMと協力し、Fortus FDCの材料供給・乾燥キャビネットをF900®産業用3Dプリンターと組み合わせることで、高性能ULTEM™ 9085樹脂を用いた大型ブレード先端部を確実に製造することに成功しました。 Fortus FDCは、フィラメントのコンディショニングを適切に管理しつつ、材料収容容量を拡大します。  

これほど大型で複雑な部品の場合、Fortus FDC により、8 日間の造形期間中の材料交換回数が 7 回からわずか 2 回に削減されました。介入回数の減少により、以下の効果が得られました。 

• 材料切り替えに伴う欠陥の低減
• オペレーターによる介入の削減
• 長時間印刷中の材料安定性の向上 

結果 

より安定的で予測可能な製造プロセス 

Fortus FDCの導入により、チームは初回の試作でブレード先端部の造形に成功しました。この部品は、従来の造形で見られた接合部の欠陥がなく、品質要件を満たしたため、8日間にわたる再造形にかかるコストとリスクを排除することができました。 

大型積層造形では、長時間の造形によりばらつきが拡大します。段取り替えや湿度による不安定さは、すぐに生産能力の低下、遅延、廃棄物につながりかねません。Fortus FDCは、段取り替えを削減し、フィラメントのコンディショニングを安定させることで、製造において極めて重要な信頼性を提供しました。 

詳細については、この取り組みがサンディア国立研究所による以下の記事で取り上げられています。