サポートする設計は後処理コストに影響しますか?{0}

1. 設計とコストの関係を裏付ける基本的な考え方
金属 3D プリンティング サポートの設計では、「安定した成形」と「コスト効率」の間で妥協点を見つける必要があります。その背後にある主なアイデアは、後処理の費用に直接結びついています。-
接触面積を制限するという考え方
サポートと部品との接触には、面接触、線接触、点接触の 3 種類があります。表面接触により安定性は高まりますが、後処理が非常に困難になります。-たとえば、表面接触設計のチタン合金航空用ブラケットの残留支持面積は 12cm2 で、表面粗さ要件 Ra1.6 μm を満たすには 5 時間の手動研磨が必要です。点接触設計により、残留面積はわずか 2.3cm²、機械研磨時間はわずか 40 分です。 Suzhou Tianhong Laser の研究では、接触面積が 1 cm2 減少するごとに、後処理に必要な時間が 15% ～ 20% 削減できることが実証されています。-
臨界角の正確な制御
さまざまなプロセスにはさまざまな臨界吊り下げ角度があります。SLM プロセスでは通常、30 度未満で吊り下げられた構造のサポートが必要ですが、EBM プロセスでは高温で溶解するため、臨界角を 35 度まで緩めることができます。 Leiming Laser のアダプティブ スキャニング法により、レーザー出力密度をその場で変更することにより、サポートなしで 5 度から 35 度の微小な角度で吊り下げられた構造を印刷することが可能になりました。これにより、必要なサポート資料の数が 78% 削減され、後処理のコストが 65% 削減されました。-
材料を節約するという考え方
金属粉末の価格は 1 キログラムあたり数千元に達する可能性があり、サポート材を無駄にするとすぐに価格が上昇します。インコネル 718 ニッケル-ベースの合金を例にとると、標準的なサポート設計では最大 18% の廃棄率が発生しますが、トポロジーの最適化によって作成された樹木状のサポート構造では廃棄率を 5% 未満に抑えることができます。-航空機エンジン部品の例では、改良されたサポート設計により、材料 1 個あたりのコストが 2,300 元から 850 元に 63% 削減されました。
2. デザイン主導の後処理コストをサポートする重要な要素--
永続的な身体的損傷のリスクをサポート
組織欠陥は、サポートとコンポーネントの界面に異なる量の熱応力がかかると発生する可能性があります。 316L ステンレス鋼で印刷する場合、グリッド サポートと固体が接触する場所に粗い柱状結晶が形成されることがあります。これにより、その領域が 15% ～ 20% 柔らかくなり、疲労寿命が 40% 短縮されます。これらの隠れた危険を取り除くには、熱処理手順を長くする必要があり、これは、1 つの部品の後処理コストが 120 ～ 180 元増加することを意味します。{7}}
複雑な構造サポートを利用可能にするという問題
航空エンジンのタービン ディスクの内径はわずか 2 mm です。標準的なサポート設計では、チャネル セクションに 8% 以上の歪みが発生するため、電気化学的溶解によって修正する必要があります。この技術では、41wt% 硝酸溶液を 80 度で 6 時間処理する必要があります。 1剤のコストは350元で、腐食が均一になる可能性があります。
手作業で行う必要がある隠れたコスト
BMW IDAM 自動生産ラインからのデータによると、除去プロセスを支援するには手動による介入が依然として必要であり、このプロセスが総後処理時間の 35% を占めています。-年間1万個を生産する生産ラインでは人件費が年間280万元にも上る。 Rivelin Robotics の NetShape ロボット システムは、フォース フィードバック制御を使用して、0.1N レベルの接触力精度に達します。これにより、手動介入の必要性が 5% 未満に削減され、年間 200 万元以上が節約されます。
3. 設計の最適化に役立つ最前線の戦略
ジェネレーティブデザインによる自立可能な構造
機械学習技術の助けを借りて、Autodesk Netfabb ソフトウェアは生体模倣格子サポート構造を自動的に構築できます。この方法により、衛星ブラケットの重量が 85% 削減され、従来のサポートの必要性がなくなりました。また、後処理手順を機械加工から単純な熱処理に変更し、1 個あたりのコストを 1,200 元削減しました。{3}}
協力してマルチマテリアル システムの新しいアイデアを考え出す-
ベルギーのマテリアライズのバイメタルサポート技術は、インコネル 718 と純鉄が 800 度で異なる速度で酸化するという事実を利用して、サポートを自動的に剥がします。この方法により、サポートの残りの量が 0.01 mm 未満に削減され、後処理に必要な時間が 48 時間から 8 時間に短縮され、1 個あたり 650 元が節約されます。{4}}
プロセス追跡の閉ループ制御
Siemens Process Sight システムの高速カメラと赤外線センサーは、溶融池の形状をリアルタイムで監視します。{0}サポートが不足する可能性がある場合、レーザー設定が自動的に変更されるか、追加のサポートが作成されます。この技術により、複雑な流路部品を印刷する場合、サポートによる不良率が 18% から 0.3% に削減され、年間 50 万元以上の手直し費用が節約されました。