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ラピッドプロトタイピング技術は、その効率性、柔軟性、精度により、創業以来、製品開発、設計検証、製造プロセスに不可欠なツールとなっています。この技術の中核となるのは、CAD(Computer Aided Design)データを使用して、層状重ね合わせによって3次元ソリッドモデルを直接生成することです。このプロセスを達成するための鍵は、使用されるさまざまな材料にあります。この記事では、さまざまなで使用される材料ラピッドプロトタイピングで、それらの特性とさまざまなアプリケーションへの適合性を分析します。
ラピッドプロトタイピングとは?
ラピッドプロトタイピング、要するに、製品開発の初期段階で高度な製造技術または設計ソフトウェアを使用して予備モデルを作成することを指します。ラピッドプロトタイプより低コストで、より短時間で製品の。これらラピッドプロトタイプ 機能的、外観的、または2つの組み合わせであり、テスト、設計コンセプトの検証、ユーザーエクスペリエンスの評価、投資家へのプレゼンテーション、またはマーケティングに使用されます。
その原則は、「ビルド-テスト-学習-フィードバック」のサイクルを通じて、製品設計を継続的に改訂および改善することです。従来の製品開発プロセスと比較して、 ラピッドプロトタイピングスピードと柔軟性に重点を置くこれにより、設計者やエンジニアは製品開発の早い段階で問題を発見して解決し、後でコストと時間のかかる変更を回避できます。
ラピッドプロトタイピングではどのような材料が一般的に使用されていますか?
ザラピッドプロトタイプ材料のプロトタイプモデルは、次のカテゴリに統合されています。
1.プラスチック
プラスチックは、多くの分野で使用されており、耐久性、柔軟性、安価さなど、多くの利点を提供するため、一般的なプロトタイピング材料です。これらは、さまざまな形状やサイズに成形できる合成ポリマーです。これにより、複雑な形状の部品の製造に最適です。
プラスチックは、試作さまざまなプロセスを使用する射出成形、3Dプリント、CNC機械加工など。対してプロトタイピングモデル、さまざまなプラスチックを使用できます。プラスチックの最も一般的な種類は次のとおりです。
ABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン):ABSは、アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの3つの主要成分から作られたプラスチックです。玩具、電化製品、自動車部品などの製造に一般的に使用される丈夫で耐久性のあるプラスチック材料です。耐久性、耐熱性、耐衝撃性で知られています。ABSプラスチックは安価で成形や加工が簡単なため、3Dプリントや射出成形に人気があります。
PC(ポリカーボネート):PCは、強度、耐久性、透明度に優れた熱可塑性ポリマーです。自動車部品、電子部品、安全装置、防弾ガラス、その他の保護材料の製造によく使用されます。ポリカーボネートは、複雑な形状に成形して成形するのが簡単なため、3Dプリントフィラメントの製造にも使用されます。耐衝撃性と耐熱性を備えた適応性の高い材料であるため、自動車や航空宇宙など、さまざまな用途で人気があります。
PE(ポリエチレン):ポリエチレンは、耐久性、柔軟性、耐薬品性、耐衝撃性で知られるプラスチックの一種です。包装材料、容器、パイプなどの品目の製造や、玩具やその他の消費者製品の製造に広く使用されています。ポリエチレンは、成形や加工が容易な汎用性の高い材料であり、射出成形やその他の製造プロセスに最適な材料です。また、複雑な形状に簡単に成形できるため、3Dプリントフィラメントの製造にも広く使用されています。
ナイロン：は、高強度、耐久性、耐摩耗性を備えた合成ポリマーです。ギア、ベアリング、自動車部品、繊維、その他の工業材料の製造に広く使用されています。PAは簡単に成形して複雑な形状に成形できるため、3Dプリントフィラメントの製造にも広く使用されています。これは、シルク、ゴム、ラテックスの手頃な価格の代替品としてよく使用される、用途が広く、耐久性があり、柔軟性のある素材です。
PP(ポリプロピレン):PPはポリオレフィンまたは飽和ポリマーです。PPは最も有用なポリマーの1つであり、優れた耐薬品性、耐疲労性、耐高温性、およびHDPEよりも低い密度を提供します。PPは、包装、樽、ボウル、木枠、玩具、医療部品、自動車部品、洗濯機のドラム、バッテリーボックス、ボトルキャップに一般的に使用される軽量で柔軟なプラスチックです。PPは、エラストマーでバンパーを作り、タルクを充填して高温で硬くすることができます。
ポリオキシメチレン(POM):は、剛性の向上、低摩擦の汎用性、優れた寸法安定性を備えた部品を作成するために使用される熱可塑性エンジニアリング材料です。POMは、高い引張強度、耐摩耗性、耐クリープ性、反り抵抗性、靭性、耐久性を備えた強度と耐久性を備えています。POMは、自動車部品、スポーツ用品、ギア、ベアリング、コンベヤー部品、電気部品、スライドおよびガイド部品などの製造に広く使用されています。
PEEK(ポリエーテルエーテルケトン):PEEKは無色の有機熱可塑性ポリマーです。強度と靭性が求められる様々な用途に用いられるエンジニアリングプラスチックです。PEEKは耐薬品性があり、260°Cまでの温度に耐えることができます。
2.樹脂
レジン材料は、主にラピッドプロトタイピング、特にSLA(光造形)印刷の高精度モデルに使用されます。樹脂材料は成形性や表面品質に優れており、複雑な形状や細かいディテールを持つ製品が可能です。一般的な樹脂材料には、プロトタイプアクリル、エラストマーポリウレタン(EPU)、軟質ポリウレタン、VeroWhiteやVeroClearなどのカラー3Dプリンティング樹脂などがあります。
3.金属
アルミニウム：アルミニウムは銀色の低密度金属ですさまざまな商用アプリケーションで使用されます。ほとんどの場合、非合金アルミニウムは延性があり、適度に強く、腐食に対して非常に耐性があります。アルミニウムの特性は、適切な合金元素(銅、マグネシウム、マンガン、シリコンなど)とその後の熱/処理を使用して大幅に向上させることができます。アルミニウムは、その低密度と耐食性のために、航空機、輸送、建設、食品、化学処理で広く使用されています。
銅：銅合金は、腐食に強く、熱伝導率が高く、電気をよく伝導するため、最も有用な金属の1つです。銅合金は、多くの電気、建設、輸送、消費財産業に適しています。銅は、建築部品、コイン、コンデンサー/熱交換器、パイプ、ラジエーターコア、楽器、ロック、ファスナー、ヒンジ、弾薬部品、および電気コネクタの製造に使用されます。
黄銅：真鍮は銅と亜鉛の合金であり、銅と同じ特性のいくつかを持っています。真鍮は耐久性があり、加工可能な金属です。この合金はまた、耐食性、導電性、低摩擦係数を備えています。真鍮は、配管、電気、芸術、医療など、さまざまな用途で使用される用途の広い金属です。
チタン：最も貴金属と見なされているチタンは、他の金属が故障する可能性のある過酷な環境で優れた性能を発揮します。チタン合金は、チタンと他の化学元素で構成される合金です。チタン合金は軽量で、非常に高い引張強度と靭性を持ち、腐食に強く、極端な温度に耐えることができます。
合金鋼:合金鋼の主な合金元素は炭素ではありません。マンガン、シリコン、ニッケル、チタン、銅、クロム、アルミニウムなどの合金元素を少量含んでいます。合金鋼は、炭素鋼よりも耐食性、溶接性、耐熱性、延性に優れています。しかし、炭素鋼は合金鋼よりも強度があります。合金鋼は、低コスト、幅広い入手可能性、加工の容易さ、および優れた機械的特性により、工業用途、電化製品、銀製品、調理器具、自動車で一般的に使用されています。
ステンレススチール：ステンレス鋼は、炭素鋼/合金鋼よりも耐食性に優れた鋼合金です。304、316、416、および17-4 PHステンレス鋼グレードは、CNC機械加工に一般的に使用されます。ステンレス鋼は、天然の保護酸化物層を備えた丈夫な素材であるため、困難な状況に適しています。ステンレス鋼の等級を構成する合金の組成は、それらを異なるものにします。
軟鋼：軟鋼は、炭素含有量が少ない炭素鋼です。それはしばしば「軟鋼」と呼ばれます。軟鋼は、結晶構造の転位を防ぐ炭素やその他の合金元素の含有量が少ないため、高炭素鋼や合金鋼よりも引張強度が低くなります。軟鋼は、その高い溶接性と加工性により、消費者製品の一般的な選択肢です。
工具鋼:工具鋼は炭素合金鋼です。手工具や機械金型の製造、改造、修理によく使用されます。工具鋼は、硬く、耐摩耗性があり、曲げに強いことで知られています。工具鋼は、多くの場合、切断、プレス、スタンピング、または押し出しによって他の材料に成形されます。これは、鋼が非常に高い温度で刃先を維持できるためです。工具鋼は、スタンピングや押出ダイス、切断、製造ダイス、ハンマーなどの衝撃用途で一般的に使用されています。
ラピッドプロトタイピングでは主にどのような技術が使用されていますか?
急速プロトタイピングの意味重要な役割を果たすさまざまな分野で、では何ですかラピッドプロトタイピング手法?
| テクノロジー | 略称 | 料 | 利 |
| 光造形 | SLAの | 熱可塑性樹脂様フォトポリマー | 高精度と優れた表面仕上げ |
| 選択的レーザー焼結 | SLSの | ナイロン、TPU | 支持構造が不要で、さまざまな材料に適しています |
| 熱溶解積層法 | FDMの | ABS樹脂、ポリカーボネート、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル樹脂、PPSU | 材料の多様性、使いやすさ、アクセシビリティ |
| 直接金属レーザー焼結 | DMLSの | ステンレス、チタン、クロム、アルミ、インコネル | 高精度、高強度、機能部品や複雑な設計に適しています |
| デジタルライトプロセッシング | DLPの | 感光性樹脂 | 高速で、優れた分解能と表面仕上げを備えた部品を製造します |
| ラミネートオブジェクト製造 | ロム | 紙、プラスチック、金属箔。 | 材料費が低く、大型部品の製造に適しています |
| コンピュータ数値制御加工 | CNCの | ほとんどのコモディティおよびエンジニアリンググレードの熱可塑性プラスチックおよび金属 | 高精度で汎用性の高い素材。厳しい公差と複雑なディテールを持つ部品の製造に最適 |
| マルチジェットフュージョン | MJFの | ナイロン | 細部までこだわった強度の高い部品を製造 |
ラピッドプロトタイピング用の材料はどのように選択しますか?
ここでは、あなたのための材料を選択する際に考慮すべきいくつかの要素がありますラピッドプロトタイピングプロセス:
- 材料特性:さまざまなタイプのラピッドプロトタイピング材料は、強度、柔軟性、耐熱性などの独自の特性を示します。金型やその他の製品の製造など、多くの用途で、これらの特性を満たすことができます。たとえば、機械部品のプロトタイプを作成する場合、ABSのような耐久性のある材料を選択することは賢明な決定です。
- 費用対効果: 予算は、材料を選択する際に重要な役割を果たします。多くの場合、材料価格はプロジェクト投資の成功を決定する重要な要素の1つです。効率的かつ迅速に製造される材料は優れた特性を示す可能性がありますが、製造には費用がかかる傾向があります。これらの材料の製造コストを削減するための適切な方法が見つかれば、それは企業に大きな利益をもたらすでしょう。コストとメリットのバランスを確保することは非常に重要です。
- 使用目的: プロトタイプの機能を検討します。プロトタイプは、技術や方法としても理解できる概念であり、その目的は、さまざまな段階で目標を分析および比較することにより、特定の機能の設計アイデアを実現することです。主に機能テストと視覚的評価に使用されますか、それとも両方の組み合わせで使用されますか?原型料機能試験のためには、最終製品と特性が非常に類似している物質が必要になる場合があります。
- レイヤーの厚さ:3Dプリントプロセス中の各レイヤーの実際の厚さ。一般に、層の厚さが大きいほど、成形効果は高くなります。このパラメータは、プロトタイプの品質と精度に大きな影響を与えます。
- ディテールとプリント時間:レイヤーの厚さが薄いほど、より細かいディテールと滑らかな表面を実現できますが、多くの場合、プリント時間が長くなります。一部の複雑な構造のプリンターでは、高速印刷出力の要件を満たすには、印刷プロセス中の詳細レベルの変化を減らす必要があります。必要な特定の詳細を確保しながら、時間の制約を管理することのバランスを見つけることが重要です。
- 支持構造:張り出した形状や複雑な形状を持つ複雑な設計の場合、支持構造が必要になることがよくあります。迅速な製造を実現するために、3Dモデルを2Dグラフィックスに直接変換して仮設構造物を構築する、シンプルかつ効果的な方法が提案されています。これらの作成された一時的な構造は、プリント中の安定性を確保し、3Dプリントフィラメントプロトタイプの変形を回避します。
- 安定性と精度:サポート構造により、特に複雑な形状の領域では、プロトタイプがプリントプロセス全体を通じて構造的完全性を維持し、たるみや反りなどの問題を防ぐことができます。
- 印刷後の取り外し:プロトタイプが完成した後にサポート構造を取り外す必要があり、追加の作業が必要になる場合があることに注意することが重要です。
- 後処理のニーズ: プロトタイプの最終的な外観と機能を強化するには、多くの場合、プロトタイプの美観と機能を向上させるための後処理技術によって実現できます。
よくあるご質問(FAQ)
1.プロトタイプを作成するのに最適な材料は何ですか?
作るのに最適な材料プロトタイプ主に含まれています:ABS材料:従来の製品のプロトタイピングに一般的に使用される材料、加工が容易で美しい。エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド(ナイロン):高温耐性が必要な用途に適していますプロトタイピング;ポリオキシメチレン樹脂(POM)またはポリアミド(ナイロン):耐摩耗性製品のプロトタイピング材料。ナイロン(PA)またはポリプロピレン(PP):高靭性製品のプロトタイプを作成するために使用されます。PMMA(アクリル)、透明ABS、透明ポリカーボネート(PC):透明性が必要なプロトタイピングに適しています。
2.ラピッドプロトタイピングに使用できるのはどれですか?
ラピッドプロトタイピング技術多くの場合、特定の材料やプロセスに依存しています。樹脂または同様のエンジニアリングプラスチック:SLA(光造形)技術に適しており、中小規模のワークピースのプロトタイプを迅速に作成できます。薄いシート材料(紙、金属箔、プラスチックフィルムなど):LOM(層状固体製造)技術に使用され、プロトタイプレイヤーごとにカットして積み重ねることによって。さまざまな粉末材料:SLS(選択的レーザー焼結)技術に適しており、レーザースキャンを使用して粉末表面を局所的または部分的に溶かし、それによってシングルレベルの処理と層ごとの形成を完了します。立体的な立体。
3.エンジニアリングプロトタイプにはどのような材料が使用されていますか?
エンジニアリングプロトタイプ 多くの場合、特定のアプリケーション環境と機能要件に基づいて材料を選択する必要があります。一般的なエンジニアリングプロトタイピング材料には主に金属材料が含まれます:鋼、アルミニウムなど、高強度と耐食性を必要とするエンジニアリングプロトタイプに使用されます。プラスチック材料:ABS、ナイロン、ポリカーボネートなど、軽量、耐摩耗性、または透明なエンジニアリングを必要とする用途に適していますプロトタイプ.複合材料:異なる2つ以上の材料で構成される新しい材料プロパティ物理的または化学的方法を通じて。特別な特性(高強度、高靭性、高温耐性など)を必要とするエンジニアリングプロトタイプに適しています。
4.プロトタイプツーリングに使用される材料は何ですか?
プロトタイピングツール一般的には、プロトタイプを作成するために使用される機器と材料を指します。(1)手描きツール:鉛筆、消しゴム、白い紙など、手描きのプロトタイプを作成するために使用されます。これらの材料は入手が容易で、プロトタイピングの準備段階に適しています。(2)ソフトウェアツール:AxureやInk Knifeなどのオンラインプロトタイピングおよびコラボレーションツール。これらのツールを使用すると、プロトタイプ材料は主にデジタルアセット(写真、アイコン、ボタンなど)です。これらのアセットは、ソフトウェアで編集および組み合わせてプロトタイプを作成できます。.(3)3Dプリンティング材料:PLAやABSなどのプラスチック材料はもちろん、金属粉末、セラミックス粉末などを3Dプリンティング技術に使用してプロトタイプを作成します。これらの材料は、プロトタイプのニーズに応じて選択および適合させることができます。
概要
で使用される材料は多種多様ですラピッドモックアップ、それぞれに独自のものがありますプロパティそしてアプリケーションの範囲。材料を選択する際には、プロジェクトのニーズ、コスト、処理効率、環境保護などの要素を包括的に考慮して、要件を満たすプロトタイプを確実に作成する必要があります。技術の継続的な進歩と材料の継続的な革新により、将来的には、より高性能で低コストで環境に優しい材料オプションがラピッドプロトタイピングに登場します。
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Longshengチーム
この記事は、複数のLongshengの寄稿者によって書かれました。Longshengは製造業の主要な資源であり、とCNC加工,板金加工,3Dプリンティング,射出成形,金属プレス加工など。
