金属積層造形用周辺機器

プリンターに関連する各プロセスを連携させることで、より効率的で拡張性の高い金属AMワークフローを構築します。産業用金属積層造形は、造形プロセスだけにとどまりません。粉末の準備と回収、ジョブの自動処理、除粉、後処理はすべて、生産性、部品の品質、オペレーターの作業負担、および生産コストに影響を与えます。

これらの重要な工程をつなぎ、製造業者が個別の製造作業から、統合された拡張性の高い金属AM生産へと移行できるよう支援する技術やソリューションをご紹介します。

積層造形における金属粉末の取り扱い

金属粉末を安全かつ効率的、そして一貫性を持って管理する

金属粉末は、供給や調製から搬送、回収、再利用に至るまで、積層造形プロセスの複数の段階を経て処理されます。効率的な粉末取り扱い戦略により、材料の流れを安定させると同時に、手作業による介入や作業者と金属粉末との接触を減らすことができます。

生産規模が拡大するにつれ、自動化された閉ループ式の粉末処理システムにより、これらの個々の工程をより効率的なワークフローとして統合することが可能となり、メーカーは材料の利用率、生産性、および業務効率の向上を図ることができます。

金属粉末の取り扱いとは？

金属粉末の取り扱いとは、積層造形プロセスの前、最中、および終了後の金属材料の管理を指します。これには、粉末の保管や準備、搬送やふるい分け、金属積層造形システムへの装填、および造形後の未使用材料の回収などが含まれます。

造形を行う前に、金属粉末は所定の状態に整えられ、AMシステムへ安定して供給される必要があります。材料や生産環境に応じて、粉末の前処理としてふるい分けや乾燥を行う場合があります。造形終了後は、未使用の粉末を回収し、適切な状態に調整した上で、その後の造形作業のために所定の材料サイクルに戻すことができます。

生産量が増加するにつれ、手作業による粉末の移送は、取り扱いの手間を増大させ、ワークフロー全体を中断させる原因となる可能性があります。半自動および全自動の粉末処理ソリューションは、個々の工程を連携させ、より管理された材料の流れを確立するのに役立ちます。クローズドループシステムは、粉末の回収、ふるい分け、機械への投入を統合すると同時に、開放状態での粉末移送の必要性を低減することができます。

適切に設計された金属粉末管理プロセスは、製造業者にとって次のようなメリットをもたらします：

• 粉末の手作業による取り扱いと作業者との接触を削減する
• 材料の利用率と粉末の回収率を向上させる
• 調整済みの粉末を安定して供給し続ける
• 資材のトレーサビリティと標準化されたワークフローの支援
• 複数の金属AMシステム全体で生産性を向上させる
• モジュール式かつ自動化された設備による量産

適切な粉末処理の体制は、金属材料、生産量、AMシステムの台数、求められる自動化レベルなどの要因によって異なります。粉末管理をより広範な製造ワークフローに統合することで、企業は産業用金属3Dプリンティングのための、より安全で効率的かつ拡張性の高い基盤を構築することができます。

積層造形における自動化とジョブ処理

個々のビルドジョブを、拡張性のある金属AM生産に統合する。

金属積層造形の産業化には、造形速度の向上だけでは不十分です。個々の造形作業の合間に行われる作業――システムのセットアップやジョブの切り替えから、材料や部品の取り扱いに至るまで――が、全体的な生産性に大きな影響を与える可能性があります。

自動化と効率的なジョブ処理により、手作業による介入や非生産的な時間を削減できるだけでなく、個々の生産工程をより連続的なワークフローとして結びつけることができます。これにより、製造業者は機械の稼働率を向上させ、個別のAMシステムから拡張性の高い生産環境へと移行することが可能になります。

金属AMにおける自動化とジョブ処理とは何か？

自動化およびジョブ処理とは、金属積層造形において、連続する造形ジョブを準備、交換、処理するために必要な運用手順を指します。これらの作業には、システムの準備、材料の供給、造形フレームの交換、次のジョブの開始、完成した造形物の取り出し、および部品を次の生産工程へ移送することが含まれます。

造形プロセス自体は自動的に実行できますが、2つのジョブ間の作業には、多くの場合、オペレーターの介入が必要となります。完成した造形物を取り外し、次のジョブの準備を行う間に金属AMシステムが遊休状態になると、貴重な生産能力が無駄になってしまいます。自動化されたジョブ処理ソリューションは、システムのセットアップ、ジョブの交換、および取り出し作業をより効率的に連携させることで、こうした非生産時間の削減に貢献します。

ビルドプロセスをセットアップや取り出し作業から分離することで、異なる作業を並行して行うことも可能になります。金属3Dプリンティングシステム内で1つのジョブが実行されている間、完了したジョブを取り出し、プロセスチャンバーの外で次のジョブの準備を行うことができます。進行中のビルドが完了すれば、準備済みの次のジョブを最小限の遅延でシステム内に移し替えることができます。

製造業にとって、業務の自動化は次のようなメリットをもたらします：

• ビルドジョブ間の非生産的な時間を短縮する
• 金属3Dプリンティングシステムの稼働率を向上させる
• 作業切り替え時の手作業を最小限に抑える
• 連続するビルドジョブをより効率的に処理する
• 夜間および週末の生産業務を支援する
• 標準化され、再現性のあるワークフローを確立する
• 個々のAMシステムから、連携された生産環境までをカバー

適切な自動化のレベルは、生産量、保有機械数、ジョブの頻度、オペレーターの稼働状況などの要因によって異なります。粉末の自動処理、除粉、およびデジタル生産管理と組み合わせることで、ジョブの自動処理は、拡張性のあるエンドツーエンドの金属AMワークフローにおいて重要な要素となります。

積層造形における金属の脱粉末処理

造形完了後、余分な金属粉末を安全かつ効率的に除去します。

造形が完了したら、部品を次の後処理工程に進める前に、余分な金属粉末を取り除く必要があります。部品の形状や生産設定に応じて、大量の浮遊粉末の除去に加え、内部の通路や空洞、その他の手の届きにくい箇所に残った粉末の除去も行います。そのため、ワークフローは粗い粉末の除去から自動化された微細な除粉に至るまで多岐にわたり、手作業の負担を軽減するとともに、次の生産工程に向けた部品の準備を支援します。

金属積層造形における「デパウダリング」とは何か？

金属の除粉とは、積層造形プロセス終了後、造形領域、造形プラットフォーム、および造形された部品から未溶融の粉末を取り除く工程のことです。これは、造形と、熱処理、サポート除去、機械加工、表面仕上げ、品質検査などの後工程との間の重要なステップです。除粉工程は、一般的に「粗除粉」と「微細除粉」の2段階から構成されています。

1. 粗粉除去：粗粉除去の過程では、造形領域、造形プラットフォーム、および部品の外部表面から、大量の浮遊金属粉末が除去されます。回収された粉末は、その後、所定の粉末処理ワークフローに移送され、収集、ふるい分け、調整、および再利用が行われます。
2. 微細な粉末除去：微細な粉末除去では、部品内部に閉じ込められた残留粉末の除去に重点が置かれます。複雑な内部通路、空洞、格子構造、および狭い通路があると、粉末を完全に除去することが特に困難になる場合があります。

自動除粉システムは、回転や振動などの制御された動作シーケンスを用いて、こうした手の届きにくい箇所から粉末を取り除きます。材料、用途、および選択した装置に応じて、反応性の高い金属粉末を安全に扱うため、この工程を不活性雰囲気下で行うことも可能です。

効果的な金属脱粉体処理プロセスは、製造業者にとって次のようなメリットをもたらします：

• 手作業による粉末の除去を削減する
• 複雑な内部形状から粉末を取り除く
• 粉末除去の一貫性と再現性を向上させる
• 金属粉末のより安全な取り扱いを支援する
• 未使用の粉末を回収し、さらなる加工に活用する
• その後の後処理に向けた部品の準備を行う
• 金属のAM生産ワークフローの規模拡大と標準化

適切な除粉ソリューションは、部品のサイズ、重量、形状、材質、生産量などの要因によって異なります。粗除粉と微細除粉を製造ワークフロー全体に組み込むことで、造形完了から完成部品に至るまでのプロセスを、より安全かつ効率的で、拡張性の高いものへと移行させることができます。

積層造形における金属の後処理

印刷された金属部品を、そのまま使用可能なコンポーネントに仕上げます。

後処理は、金属積層造形ワークフローにおいて不可欠な工程です。積層造形と除粉の後、最終用途に必要な機械的特性、寸法精度、表面品質、外観を実現するために、追加の工程が必要となる場合があります。

材料、部品の形状、用途に応じて、後処理には熱処理、部品およびサポートの取り外し、機械加工、ショットピーニング、バレル仕上げなどが含まれます。AMワークフローの初期段階で、これらのプロセスを適切に組み合わせ、計画しておくことで、製造業者は完成した積層体から完成部品へと効率的に移行することができます。

金属積層造形における「後処理」とは何か？

金属のアディティブ・マニュファクチャリングは、通常、造形プロセスが完了した時点で終了するわけではありません。後処理とは、造形および除粉の後に行われる一連の工程を指し、アディティブ・マニュファクチャリングで製造された部品を、機能的で実用可能な部品へと仕上げるために必要な工程です。

必要な後処理のワークフローは、金属材料、部品の形状、製造プロセス、生産量、および最終用途の要件などの要因によって異なります。個々の部品によっては、熱処理、分離、サポートの除去、機械加工、表面仕上げ、および検査をさまざまな組み合わせで行う必要がある場合があります。

1. 熱処理
   熱後処理は、残留応力を除去し、所望の材料特性を得るために用いられます。材料や用途に応じて、これには応力除去処理、溶体化処理、時効処理、あるいは高温等方圧成形などが含まれます。選定するプロセスは、材料、部品の要件、および関連する認定基準に合致したものでなければなりません。
   
2. 部品の取り外しとサポートの除去
   印刷後、部品をビルドプラットフォームから取り外す必要があります。材料やビルド構成に応じて、のこぎりによる切断、ワイヤ放電加工、あるいは機械的な切断などの手法が用いられます。その後、手作業または自動の方法でサポート構造を取り除きます。部品の設計やビルド準備の段階で、取り外しやサポートの除去について考慮しておくことで、その後の作業負担を軽減することができます。
   
3. 機械加工および寸法仕上げ
   厳しい公差、規定された接合面、および機能面を実現するためには、CNC機械加工、穴あけ、フライス加工、あるいは研削が必要となる場合があります。必要な仕上げ加工に十分な材料を確保するため、設計および製造準備の段階で、機械加工代を考慮する必要があります。
   
4. 表面仕上げ
   積層造形された金属部品は、その機能や外観に応じて、さまざまな表面処理を施すことができます。ブラスト処理、ショットピーニング、研削、研磨、バレル仕上げなどの工程を用いて、表面粗さを調整したり、残存する表面の凹凸を取り除いたり、あるいは必要な外観仕上げを実現したりすることができます。
   
5. 検査および品質保証
   検査は、完成した部品が定義された寸法、材質、表面の要件を満たしていることを確認するのに役立ちます。用途に応じて、これには寸法測定、表面検査、材料試験、非破壊検査などが含まれます。規制対象業界で使用される部品については、工程の文書化とトレーサビリティが特に重要です。
   

効果的な金属AMの後処理戦略は、製造業者にとって次のようなメリットをもたらします：

• 必要な機械的特性を確保する
• 寸法公差および機能要件を満たす
• 部品の表面品質と外観を向上させる
• 手作業による仕上げの負担を軽減する
• 再現性があり、標準化された生産プロセスを確立する
• コンポーネントの認定および品質保証の支援
• 成形品から最終用途まで、効率的に進める

積層造形ワークフローにおいては、後処理の要件を早い段階で考慮する必要があります。部品の配置、サポート戦略、機械加工余裕、およびアクセス性は、いずれも印刷後に必要な労力、コスト、リードタイムに影響を及ぼします。これらの考慮事項を設計および生産計画に組み込むことで、より効率的なエンドツーエンドの金属積層造形ワークフローを構築することができます。