小規模から大規模3Dプリントへの飛躍は、新たな可能性の世界を開きますが、最適な結果を確保するには異なるプリントガイドラインが必要です
小規模から大規模3Dプリントへの飛躍は、新たな可能性の世界を開きますが、最適な結果を確保するには異なるプリントガイドラインが必要です。大判3Dプリントには、小規模プリントから移行する際に考慮すべき、独自の課題と機会があります。
本記事で説明するガイドラインに従うことで、小規模から大規模への3Dプリントへの移行が容易になります。これにより、高品質で大規模なプリントを、より高い機械的強度、より多くの仕上げオプション、時間と材料の節約を実現しながら作成することができます。
1. すべてが大きい
大規模な付加製造の可能性は、デスクトッププリンターの限界から始まります。デスクトッププリンターは一般的に、最大300mm x 300mm x 300mmまでのオブジェクトをプリントできます。 大判サイズの積層造形では、プリントはまずこのサイズから開始します。 例えば、Flexbotの最小構成でも、プリントベッドは2 x 1メートルです。
CEADのロボットLFAMソリューションのモジュール性により、この範囲を拡大することができます。プリントベッドを大きくしたり、ロボットをリニアトラック上に配置したりすることで、造形ボリュームが増加し、印刷サイズも大きくなります。Flexbotのセットアップはカスタマイズ可能であり、その一例として、上の写真では、Al Seer Marineに最大のFlexbotシステムが設置され、4 x 36メートルの造形エリアと2台のロボットがリニアトラックに沿って移動している様子を見ることができます。
積層造形が小規模から大規模へと移行するにつれ、ノズルのサイズ、層の高さ、幅が大幅に増加します。一般的に、卓上プリンターでは最大直径0.8mmのノズルを扱うことができます。
しかし、CEADの押出機に適合するノズルは、押出機によって異なりますが、2mmから24mmの範囲です。 より大きなノズルを使用すると、印刷プロセス中に、より厚く、より広い層が形成されます。 押出出力はパーツのサイズも決定しますが、これは、LFAM用途では大幅に大きくなります。
2. 印刷された層の冷却
小型のデスクトッププリンターでは、印刷中にパーツを冷却するためのファンが搭載されていることが多いです。これにより、前のレイヤー（層）の温度を調整し、レイヤー時間を短縮して高速印刷が可能になります。
外部冷却は小規模な3Dプリントにはメリットがありますが、機械的な観点から、大規模な3Dプリントではファンによる冷却は望ましくありません。LFAMでは、印刷戦略は、材料の適切な冷却と固化を可能にするレイヤー時間の調整に重点が置かれます。
3. ペレット対フィラメントの3Dプリント
このタイプの3Dプリントの原材料に関しては、主に2つの選択肢があります。ペレット/顆粒、またはフィラメントです。デスクトッププリンターは通常プラスチックフィラメントを溶かしますが、CEADの積層造形システムではペレットベースの3Dプリントが使用されます。
フィラメントは材料サプライヤーによってペレットから作られます。LFAMに使用される材料は、3Dプリントに直接使用できるペレットであるため、加工の必要がありません。プリント材料の製造工程を簡素化することで、材料コストを削減できます。
フィラメント押出機とは異なり、CEADのペレット押出機は、加熱され硝酸処理されたバレルを通して、スクリュー機構によりペレット状の材料を溶融し、ノズルまで搬送します。CEADの押出機内の硝酸処理されたバレルは、研磨性材料に対する耐性を提供します。これにより、さまざまな産業分野で多くの用途に利用できる、多種多様な短繊維強化熱可塑性複合材料の加工が可能になります。
フィラメントと同様に、ほとんどの熱可塑性ペレットもプリント時には乾燥している必要があります。外部の乾燥機を使用して、材料が乾燥し、水分を含んでいないことを確認します。乾燥工程の後、ペレットはフィーダーの入口に投入され、複数の独立した加熱セクションを備えたバレルを通過し、そこで溶けるまで加熱されます。
ペレットベースの押出成形には、フィラメントベースの3Dプリントよりも優れた点がいくつかあります。
- 低コスト：フィラメントよりも加工が少ないため、ペレット素材は一般的に低コストです。射出成形などの既存の製造方法で使用される材料も使用できます。コストをさらに削減できます。
- 高い生産速度：LFAMの出力が高いため、高い生産速度が得られます。さらに、印刷中に新しいペレットを乾燥機に追加できます。フィラメントプリンターでは、フィラメントスプールを交換するために印刷を一時停止する必要があります。
- より幅広い材料の使用が可能：プラスチック業界ではペレットが広く使用されているため、フィラメントよりも幅広い材料を使用できます。
- 粉砕が可能：LFAMは大型で粗いため、滑らかな全体像にプリントし直すために粉砕することができます。大型ビーズは、粉砕の機会をより多く提供します。
熱可塑性ペレットによる大規模3Dプリントの詳細については、こちらをクリックしてください。
4. 連続ツールパス
大判の3Dプリントでは、小判のプリントと比較して、開始点と終了点がより目立つようになります。そのため、プリント全体を1回で完了できるように、連続したツールパスでプリントを設計することが重要です。エクストルーダーが連続したツールパスに従い、プリント中に開始と停止を行わない場合、プリントの潜在的な欠陥は目立ちにくくなります。連続ツールパスを利用することで、大型の3Dプリントでも目立つ欠陥が少なく、より高品質なプリントが可能になります。
CEADのロボット式押出機およびFlexbotには、DFC（Dynamic Flow Control）を装備することができます。DFCにより、押出される熱可塑性樹脂の量を非常に正確に計算することができます。この追加機能により、出力の安定性が向上し、プリントの開始と停止をより高品質に行うことができます。
これらの開始と停止は、さまざまなパーツを同時にプリントする際に使用でき、パーツの総生産時間を増やすことができます。さらに、開始と停止を使用することで、デザインに二重のビードを実装することができます。これにより、軽量化と生産時間の短縮、材料費や生産コストの削減を実現しながら、より多くの切削機会を提供します。Dynamic Flow Controlによる大規模3Dプリント精度の向上について、さらに詳しく読む。
5.サポートなしのプリント
大判3Dプリントでは、サポートはCEADサポートチームのエンジニアが作成するものだけです。小規模な3Dプリントではサポートを使用してユニークなデザインを実現できますが、大規模なプリントには別の方法が必要です。
小規模なプリントのサポートの除去は、ペンチのような簡単な道具でできますが、大規模なプリントには実用的ではありません。この規模のサポートをプリントするのに必要な材料の量は相当なもので、資源の大幅な無駄遣いにつながります。このような場合、サポートなしでプリントするか（例えば、下記のビデオで見るように45度で）、プリント後にサポートを削り落とすことになります。
6. さまざまなプリント戦略
ロボットベースの3Dプリントのロボット的側面により、さまざまなプリント戦略を利用することができます。プリント戦略の例としては、上記のビデオで見るような、平面以外の、マルチプレーナーまたは45度プリントなどがあります。
45度印刷は、デザインに新たな可能性をもたらします。 大規模であっても、オーバーハング角度は小規模の3D印刷と同じで、通常は約45度です。これは、押出機が斜めに配置されているかどうかに関わらず、小規模および大規模の3D印刷の両方に適用されます。
エクストルーダーが斜めに配置されている場合、オーバーハング角度は45度に保たれますが、最下層に対して回転します。 オーバーハングが崩れたり歪んだりすることなく正常にプリントされるよう、設計プロセス中にこれを考慮する必要があります。 このタイプのプリントの例は、上のビデオでご覧いただけます。
7. 1つの材料を1度にプリントする
小規模の3Dプリントと同様に、大規模の3Dプリントも層ごとにプリントします。小規模のフィラメントプリンターでプリントする場合、プリントを一時停止してフィラメントを交換することができます。これにより、複数の材料でオブジェクトをプリントすることが可能になります。
大規模のペレットベースのプリントでは、材料を簡単に変更することはできません。新しい材料を使用する前に、プリンターのバレルを空にしてパージする必要があります。
2種類の材料を同時に印刷する一般的な用途としては、サポート材の印刷が挙げられます。これにより、サポート材は水に溶けるか、簡単に除去できることが保証されます。ただし、サポート材を印刷することは一般的ではないため、大規模な3D印刷に制限が生じることはありません。
8. モジュール式印刷システム
大規模なロボットによる3Dプリントの利点のひとつは、プリントシステムのモジュール性です。例えば、既存のFlexbotロボットソリューションには、さまざまなロボット式エクストルーダーや切削オプションを装備することができます。さらに、CEADはプリントベッドのモジュールも提供しており、プリントの可能性を広げています。これをリニアトラック上にロボットを配置することと組み合わせることで、プリントボリュームを大幅に増やすことができます。
モジュール性は、ロボットや機器のアップグレードに関連するだけではありません。また、複数のロボットを組み合わせたFlexbotを使用すれば、下の写真のように、同じオブジェクトを2つの異なる角度からプリントすることも可能です。下の写真の36 x 4メートルの大型ロボット3Dプリントシステムの詳細については、こちらをクリックしてください。
ロボットベースの大型積層造形のモジュール性により、用途やプリント施設に合わせてプリントシステムを調整することができます。
9. インフィルを忘れる
従来の小型3Dプリンターでは、内部構造を保持するために空洞プリントが必要でした。この内部パターンは、最終的なプリントにさらなるサポートと強度を与えるために、3Dプリントの形状の内側にプリントされます。
大判で印刷する場合は、通常インフィルは必要ありません。一般的に、大規模な付加製造による印刷は、中空で印刷しても十分な強度があります。印刷物の強度は、印刷物のサイズが大きいことと、材料に繊維が含まれていることに起因します。インフィルを使用しないことで、印刷時間と材料の使用量を削減できます。
しかし、一部のプリントのサイズや用途によっては、下の写真の橋のように、さらなる強度が必要になる場合があります。強度を高めるには、LFAMプリントを内部リブ構造で設計することができます。これにより、重要なポイントがサポートされます。この別の用途としては、高温下で使用されるプリント（オートクレーブなど）があります。
大型フォーマット3Dプリントとインフィルの詳細については、CEADのナレッジベースをご覧ください。
10. 大規模とは
一般的に、プリントされたオブジェクトは300mm x 300mm x 300mmより小さくならないように留意することが重要です。300mmより短い長尺のオブジェクトをプリントすることは可能ですが、これは一般的なガイドラインです。
また、最小レイヤー幅の制限やツールパスで作成できる完全な円の制限により、10mmより小さいディテールをプリントすることは推奨されません。したがって、大規模な積層造形は大規模なプロジェクトに焦点を当てるべきです。
小規模から大規模3Dプリントへの移行
本記事で説明したガイドラインは、高品質な大判プリントを実現するのに役立ちます。貴社では、LFAMの可能性について検討されていますか？
CEADの革新的な大判3Dプリントへのアプローチは、業界に革命をもたらし、デザインと製造における新たな可能性への道を切り開いています。このアプローチが貴社の製造施設や研究にどのような可能性をもたらすかについて、より詳しく知りたい方は、CEADの専門家までお問い合わせください。