レイヤーごとに

ジェット エンジンの部品は驚異的な力と温度に耐える必要があり、燃料を節約するためにできるだけ軽くする必要があります。 つまり、製造が複雑でコストがかかるということです。ゼネラル・エレクトリックの技術者は、20 もの別々の金属片を溶接して、燃料インジェクター内で燃料と空気を効率的に混合する形状を実現しています。 しかし、来年発売される新しいエンジンに向けて、GEは燃料インジェクターを製造するより良い方法があると考えています。それは、燃料インジェクターを印刷することです。

これを行うには、コバルトクロム粉末の床上にレーザーでインジェクターの断面形状をトレースし、粉末を固体の形に溶融させて、一度に 1 層ずつインジェクターの極薄層を構築します。 これにより、従来の製造方法よりもコストが安くなり、部品の軽量化、つまりより優れた部品が得られるはずです。 最初の部品はジェットエンジンに使用されるだろう、とプラブジョット・シン氏は言う。彼はGEで、このプロセスや同様の3Dプリンティングプロセスの改善と応用に焦点を当てた研究室を運営している。 しかし、「GE の他の部門からこのテクノロジーの使用に興味があるという連絡が来ない日はありません。」と彼は付け加えました。

これらのイノベーションは、製造技術における根本的な変化の最前線にあり、特に航空宇宙や自動車などの先進的な用途において魅力的です。 3D プリンティング技術は、既存の部品の製造を効率化するだけではありません。 また、強度を犠牲にすることなく重量を最小限に抑える複雑なえぐれ形状の部品など、これまで考えられなかったものの製造も可能になります。 材料の最大 90% が床に残る機械加工プロセスとは異なり、3D プリントでは実質的に無駄がありません。チタンなどの高価な金属ではこれが大きな考慮事項となります。 この技術により、最初の部品が製造されてから 10 年後に別の部品 (またはその改良版) を印刷することも同様に簡単になるため、部品を在庫に保管する必要性も軽減される可能性があります。 シートベルト機構の故障の報告を受けた自動車メーカーは、数日以内に再構成されたバージョンをディーラーに届ける可能性がある。

3D プリンティングとしても知られる積層造形は、チャールズ ハルが樹脂プールの最上層を紫外線レーザーで硬化させるステレオリソグラフィーと呼ばれるものを発明した後、1980 年代半ばに登場しました。 さまざまな 3D プリント方法が、新しい設計のプロトタイプを作成したり、高度にカスタマイズされた部品をいくつか作成したいエンジニアの間で普及しています。コンピュータ支援設計プログラムで部品の 3D 青写真を作成し、その後、プリンターで数時間後に吐き出すことができます。 このプロセスにより、射出成形、鋳造、スタンピングなどの従来の大量生産技術の初期コスト、長いリードタイム、設計上の制約が回避されます。 しかし、この技術は限られた材料のみに適用されており、品質管理に関して疑問がありました。 この方法で部品を構築するのも時間がかかり、従来の製造では数分から数時間で完了できる作業に 1 日以上かかることもあります。 これらの理由により、3D プリントは非常に大量の生産部品には使用されていません。

しかし現在では、この技術は医療機器などのニッチ市場で生産できるほど進歩しています。 そして、今後数年間でいくつかの大規模なアプリケーションに参入する予定です。 ルイビル大学でラピッド プロトタイピング センターを運営するティム ゴーネット氏は、「この技術が最終用途部品の製造に真に役立つようになるまでに、十分な重要な進歩が起こる段階に来ています」と述べています。

進出する

ソリッド オブジェクトをレイヤーごとに「印刷」するには、いくつかのテクニックを使用できます。 焼結では、粉末金属または熱可塑性プラスチックの薄層にレーザーまたは電子ビームを照射し、指定された領域で材料を固体に融合させます。 次に、その上に新しい粉末コーティングを置き、このプロセスを繰り返します。 部品は、加熱したプラスチックや金属を押し出したり、ノズルを通して押し出して 1 つの層の形状を作成し、その上に別の層を直接堆積させることによって構築することもできます。 別の 3D プリンティング方法では、粉末を結合するために接着剤が使用されます。