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Jul 11, 2023

DED とは何ですか? なぜそれを使用する必要があるのですか? パート 1

Autore: Robert Bowerman Robert Bowerman è un consulente tecnologico Autodesk.

著者: ロバート バウワーマン

Robert Bowerman は、積層造形分野のオートデスク テクノロジー コンサルタントであり、開発チーム、産業パートナー、ハードウェア ベンダーと協力して、使いやすくアクセスしやすい統合されたソフトウェア ワークフローの作成を通じて金属積層造形およびハイブリッド マニュファクチャリングの民主化に取り組んでいます。

DED とは何ですか? なぜそれを使用する必要があるのですか? パート 1

溶融フィラメント製造 (FFF) や、プラスチックまたは金属のパワーベッド融合にはおそらく馴染みがあるでしょうが、指向性エネルギー蒸着 (DED) についてはあまり馴染みがない可能性があります。 ユーザーベースが拡大し、アクセス可能なハードウェアが増加し、無数のアプリケーションが登場するにつれ、このテクノロジーとそれが製造サプライチェーンに何を提供できるかについて関心を持つ必要があります。

DEDとは何ですか？

DED は金属積層造形プロセスであり、溶融金属を選択的に層状に堆積させて、完全に緻密なコンポーネントを構築します。 WAAM (ワイヤー アーク積層造形)、LMD (レーザー金属蒸着)、LENS (レーザー エンジニアド ネット シェイプ)、DMD (方向性金属蒸着)、またはその他の頭字語について聞いたことがあるかもしれませんが、これらは多くの場合、混同しないでください。機器メーカーが製品を区別するために使用する独自の名前です。 このテクノロジーには多くの名前がありますが、実際にはバリエーションはわずかです。

一般に、DED システムには 3 つの主要なコンポーネントが必要です。 金属が堆積される場所、材料の供給、材料を溶かすためのエネルギー源を制御するマニピュレーター。 マニピュレータは通常、CNC ガントリーまたはロボットの形式です。 材料はワイヤーまたは粉末の形で、エネルギー源はレーザーまたは電気アークのいずれかです (電子ビームも使用できますが、コストの関係であまり一般的ではありません)。

他の金属 AM プロセスと比較して、DED の高い堆積速度により、このプロセスはより大規模な (多くの場合 1m 以上) コンポーネントの製造に適していますが、このレベルの生産性とのトレードオフは部品の解像度です。 しかし、新しい DED ハードウェアの出現により、この技術で可能なことの幅が広がり、場合によっては粉末床システムで達成できる細部に匹敵するものがあることがわかり始めています。

プロセスの堆積速度が高くなると、幾何学的精度、フィーチャ解像度、および表面テクスチャが低下する可能性があるため、DED で製造されたコンポーネントは、最終仕上げを達成するために堆積後に機械加工されることがよくあります。 この機械加工の必要性と、その技術を既存のフライス加工プラットフォームに統合するのが比較的容易であることから、ハイブリッド機械 (つまり、加算機能と減算機能の両方を備えた機械) の台頭が生じています。 多くの場合、これらの機械は 3 軸以上で構成されているため、平面層の従来の制約を超えて材料を堆積する機会が数多く開かれます。

多軸印刷の利点は何ですか?

低コストのプラスチック 3D プリンタの多くは 3 軸構成です。 3 軸プリンタは、手頃な価格で信頼性が高く、豊富なソフトウェア スライシング オプションが利用できることが証明され、普及してきました。 ただし、この成功により 3D プリント機能も制限されました。 オーバーハング面の印刷を可能にするためにサポート構造が必要であり、部品は平面上にのみ構築でき、既存の形状では構築できません。湾曲した上向きの表面は段差効果の影響を受けます。 新しい 3D プリンティング システムの出現と、CNC フライス盤やロボット アームへの蒸着ヘッドの統合の人気の高まりにより、さまざまな新しいプリンティングの可能性が利用可能になり、DED テクノロジはしばらくの間、多軸ツールパスを利用してきました。

なぜ DED なのか?

一般的な AM のメリットの多くは DED にも当てはまりますが、なぜ企業は今日このテクノロジーに本当に関心を持っているのでしょうか?また、それがもたらす将来の機会は何でしょうか?

オートデスクでは、過去 10 年間にわたり、業界全体の多数のエンド ユーザーと協力してきました。 多くの金属添加剤と同様、当初はほとんどの用途が航空宇宙分野に属していましたが、その後数年間で海洋、石油・ガス、成形/工具、防衛、重工業へと拡大するのが見られました。 これらの業界全体で用途、合金、部品サイズは異なりますが、ほとんどのビジネスケースは、おそらく優先順位の高い競争優位性の維持または向上と持続可能性の資格の向上という 2 つの主要な領域に要約できます。

現在、DED は部品の開発サイクルと生産リードタイムを短縮し、市場投入までの時間を短縮し、スペア部品を保管する必要性を減らすことにより、競争上の優位性を実現できます。 将来的には、この技術が提供できる設計や材料の自由度を活用して、高性能で付加価値の高いコンポーネントを製造するためにこの技術が使用される可能性があります。 たとえば、構造負荷や熱負荷に合わせてコンポーネントを最適化したり、カスタム合金や複数の合金の組み合わせで部品を製造したりすることができます。

また現在、DED は、製造プロセスにおける材料効率を改善することにより、持続可能性の認証を向上させています。つまり、成膜される部品 (ニアネットシェイプ、プリフォーム、または成膜モデルとして知られています) では、完成部品を得るために必要な材料除去が大幅に少なくなります。材料のビレットから部品を機械加工する場合と比較して。 ただし、ここでは慎重な視点を持つ必要があり、プロセスやコンポーネントの環境上の資格を真に理解するには、コンポーネントのライフサイクル全体を考慮する必要があります。 将来的には、DED および AM 施設は分散型生産モデルを提供します。つまり、部品を 1 つの工場で生産して最終使用場所に出荷する必要はなく、必要に応じてオンサイトで生産できます。 輸送による二酸化炭素の削減につながります。

現在のユースケースは何ですか?

このテクノロジーの今日の使用例は、このプロセスが提供する利点とよく一致しています。 それらは、既存のサプライチェーンの補完、スペアパーツの削減、または再製造と産業の破壊の 3 つのカテゴリに大別されます。

サプライチェーンの補完: 航空宇宙は、長い間、この使用例 (おそらく DED 全般) の主要な提唱者でした。 航空宇宙のサプライチェーンは、大量の高価値合金を消費するため、製造プロセスで廃棄される材料の量を削減するよう努めています。 これに加えて、特殊合金は機械加工が難しい場合が多いため (つまり、時間がかかり、高価な工具が多く必要になる)、切断する必要がある材料の量を減らすことで、大幅なコストを節約できます。 これらの利益を達成するために、特に航空機の構造要素の場合、企業は鍛造プロセスによってニアネットシェイプのコンポーネントを製造し、最終部品に到達するまでに最小限の材料を除去します。 ここで問題となるのは、これらの鍛造品を受け取るまでに数か月かかることもあり、柔軟性のなさや、たとえば設計変更があった場合のさらなる遅延のレベルです。 ここで DED が介入し、鍛造部品の供給を補完する役割を果たします。

スペア部品の再製造と削減: DED は、摩耗した部品を再調整するための素晴らしいソリューションを提供します。これは、高価値の航空宇宙部品 (ここでは例としてタービンブレードとブリスクが一般的に使用されています) または金型工具の一部である可能性があります。自動車用途など。 コンポーネントを再調整できず交換が必要な場合、一部の業界では、交換品を調達するまでの機器のダウンタイムが長くなる可能性があります。 海洋産業では、スペアパーツを保管することでこの問題を解決しています。 ただし、ご想像のとおり、これは非常に非効率的なスペースの使用法です。 ここで、DED は物理ストレージを削減し、それを必要な場所でオンデマンドで任意のシステムによって生産できるスペアパーツのデジタル ライブラリに置き換える機会を提供します。 Ramlab などの企業は、業界パートナーと積極的にこうした機会を模索しています。

ここ数年、私たちは、既存の企業を破壊しようとする、長い歴史を持つ業界に新しい組織が台頭するのを目にしてきました。 これらの新鮮でペースの速い組織は、上記のテクノロジーの利点を活用して、大きな疑問を投げかけ、業界の規範に挑戦しています。 Pix Moving と Relativity Space は注目すべき 2 つです。 Pix Moving は、DED プロセスのツールレスの性質を利用して、オーダーメイドの設計を提供するだけでなく、自動運転車の製造を分散化しています。 Relativity Space は、「Stargate」というタイトルのマルチメーター WAAM システムを使用して、ロケット部品のコンセプトからテスト、最終部品に至るまでの時間を大幅に短縮することで、宇宙産業に変革を起こすことを目指しています。

これらはテクノロジーの真の先駆者であり、たとえその成功が短命であったとしても、今後の製品の作り方に何らかの影響を与えることが期待されています。

DED に関しては大きな技術進歩があり、いくつかの良いニュースも共有されていますが、結局のところ、この技術は依然としてニッチであり、より広範な採用を妨げる課題は大きいです。 ハードウェアとソフトウェアのアクセシビリティを向上させ、プロセスの信頼性と堅牢性を向上させ、現在および新しいエンジニアのスキルを向上させてプロセスのメリットを最大限に引き出すためには、やるべきことがまだたくさんあります。 ただし、良いニュースは、これらの課題に対処するために現在、いくつかの大きな進歩が見られることです。

DED についてさらに詳しく知りたいですか? DED に関するシリーズのパート 2 が間もなく公開される予定です。

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注目の画像は WAAMpeller を示しています。 写真はラムラボ経由。

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