3D レイヤ化または3D プリンティングとも呼ばれる光造形を使用すると、コンピューター支援設計 (CAD) 図面から固体のプラスチックの 3 次元 (3D) オブジェクトを数時間で作成できます。
部品の適合性を確認したい機械エンジニアであっても、発明のプラスチック プロトタイプの作成を検討している発明家であっても、光造形は CAD 図面を実際のオブジェクトに変えるための迅速かつ簡単な方法を提供します。
3D プリンティングは、私たちが生きている時代の好例です。以前は、部品のプロトタイプを作成するのに数か月かかることも考えられます。今日、ラピッドプロトタイピングはわずか数時間で、驚くほど機能的な機械的特性を備えて実行できます。
PT CAM (Piedmont Triad Center for Advanced Manufacturing) のステレオリソグラフィー サービス ビューローのツアーを読み進めて、関係するすべてを理解し、このテクノロジーで生成できる実際の 3D モデルをいくつか確認してください。
光造形装置
PT CAM は、 によって製造された光造形機を使用します。このマシンには 4 つの重要な部分があります。
- 数ガロンの液体フォトポリマーが入ったタンク。フォトポリマーは透明な液体プラスチックです。
- タンクに浸漬された穴あきプラットフォーム。印刷プロセスが進行するにつれて、プラットフォームはタンク内で上下に移動できます。
- 紫外線レーザーです。一部の SLA プリンタは、UV 光源としてデジタル光処理技術を使用しています。
- レーザーとプラットフォームを駆動するコンピューター
フォトポリマーは紫外線に敏感であるため、レーザーがフォトポリマーに触れるとポリマーが硬化します。ステレオリソグラフ装置 (SLA) の隣に立つと、各層を構築するレーザーを実際に見ることができます。
SLA マテリアル
いくつかの主要な材料には、感光性ポリマーと支持構造が含まれます。これらは、張り出したフィーチャをサポートしますが、後処理は通過しません。二次材料および特殊材料は、高熱たわみ温度に耐えることができる高熱たわみおよび高温樹脂と、曲げや屈曲に適した柔軟で耐久性のある樹脂です。
光造形プロセス
SLA 印刷の中核には、発光デバイスから正確に照射されたレーザー ビームを使用して、樹脂タンク内のポリマー樹脂を硬化させます。 SLA の印刷プロセスは次のようになります。
- CAD プログラムでオブジェクトの 3D モデルを作成します。
- ソフトウェアは、CAD モデルを薄い層 (通常は 1 ミリメートルあたり 5 ～ 10 層) に分割します。
- 3D プリンターのレーザーは層の 1 つを「ペイント」し、タンク内の液体プラスチックを露出させて硬化させます。
- プラットフォームはタンク内にほんの数ミリ落下し、紫外線レーザーが未硬化樹脂の次の層をペイントして前の層を覆います。
- モデルが完成するまで、このプロセスがレイヤーごとに繰り返されます。
これは特に迅速なプロセスではありません。作成されるオブジェクトのサイズと数に応じて、レーザーは各レイヤーに 1 ～ 2 分かかる場合があります。通常の実行には 6 ～ 12 時間かかる場合があります。大きなオブジェクトの場合は、数日にわたる実行が可能です (上に示した比較的古いマシンの最大サイズは、3 次元で 10 インチ (25 センチメートル) のオブジェクトです)。
まず、CAD プログラムでオブジェクトの 3D デザインを作成します。このデザインは、組み立てる前に、トレイからわずかに持ち上げるサポートと、組み立て中に必要な内部ブレースを使用して微調整されます。その後、SLA はオブジェクトを自動的に (そして無人で) レンダリングします。
プロセスが完了すると、SLA によってプラットフォームが上昇し、最終的に 3D オブジェクトが完成します。オブジェクトが小さい場合は、必要に応じて複数のオブジェクトを同時に作成できます。彼らは皆トレイの上に隣り合って座ります。
次の写真は、構築が完了した後のトレイを示しており、複数の同一のオブジェクトが同時に作成されています。
実行が完了したら、オブジェクトを溶剤ですすぎ、紫外線オーブンで「焼き付け」してプラスチックを完全に硬化させます。
SLA テクノロジーを使用する利点
SLA テクノロジーは、射出成形や溶融堆積モデリングなどの従来の製造方法に比べて、いくつかの利点をもたらします。複数の工具や金型を必要とせずに、滑らかな表面仕上げ、微細な形状、高度に複雑な部品を製造できます。
光造形で作れるもの
光造形を使用すると、想像できるほぼすべての 3D 形状を作成できます。 CAD プログラムに組み込むことができれば、おそらく作成できるでしょう。唯一の注意点は、建設プロセス中に構造的完全性が必要であることです。場合によっては、印刷または硬化段階でデザインが崩れないように、デザインに内部ブレーシングを追加する必要があります。
このページの写真は、PT CAM で作成された典型的なオブジェクトを示しています。軽量でポリスチレンプラスチックのような強度を持っています。ピースの取り付けや穴あけもできるので、実際の使用でお試しいただけます。
たとえば、椅子メーカーは、光造形を使用してさまざまな形状の肘掛けを製造し、実際の椅子で試して感触を確認します。
光造形のコスト
光造形は安価なプロセスではありません。これらのマシンの価格はかつて 25 万ドルを超え、今でも最高で数万ドルになります (ただし、デスクトップ SLA プリンタはそれよりもはるかに安い価格で入手できます)。また、ポリマーと溶剤によって煙が発生するため、排気する必要もあります。
ポリマーも非常に高価です。 CibaTool SL5170 樹脂はステレオリソグラフィーで使用される一般的なフォトポリマーで、私たちが PT CAM を訪問したときの価格は 1 ガロンあたり約 800 ドルでした。これらの理由により、大企業以外にはプロ仕様の光造形装置を見つけることはまれです。
ただし、ステレオリソグラフィーの利点を小規模な店舗や個人が利用できるようにするサービス ビューローがあります。まだ安くはありませんが、SLAや樹脂を自分で購入したり、部品を加工してもらったりすることに比べれば、かなりお買い得です。
この記事の作成にご協力いただいた Joel Leonard、Jerry Watkins、Steve Oneyear に心より感謝いたします。
