はじめに
３Dプリンターの仕組みの中にサポート材というものが付着せざるを得ないという問題があります。
樹脂に限った話ではなく金属も全く同じです。むしろ金属の方が必要としているくらいです。
2013年から金属３Dプリンター受託造形事業を始め、散々苦労してきたこのサポート材・・・・・
私たちの苦労の積み重ねにより、取りやすいサポート材の付け方の開発に成功致しました。
弊社ではマテリアライズの「Magics」というソフトを使いサポート材を生成していますが、ただ単に付けてしまうとサポート材の除去にとてつもない労力をかける場合が多く存在します。
取りやすい付け方で、かつ少ないサポート材での造形はこの工法にとって大事な事です。
しかも熱歪みも最小に抑えなければならないし、造形精度も保ちたい。。。
この取りやすいサポート材の開発とサポート材除去方法の開発には膨大な時間を費やしましたが、これは金属３Dプリンター受託造形事業を継続するには解決しなければならない問題点だからです。そしてこのテーマについては継続的に実施していきます。
金属３Dプリンターを触った事ない方には中々分かりづらい話ですが、サポート材の除去は本当に大変で根気のいる作業なのです。
出来る限り早く簡単に除去できる事により、お客様への納期対応のスピードも上がります！
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サポート材のノウハウ
金属３Dプリンターでの造形をする際のサポート材のノウハウというのはそのビューローの命とも言えます。
先日工場でオペレーターと話をしながら造形品を見ていたら、以前あまり奇麗に出来なかった形状がとても奇麗に出来ていたので思わずサポート材の付け方について聞いてみたところ・・思いもよらない答えが返ってきました。そもそも私が質問するのはおかしな話ですが・・オペレーター達の間では失敗から学んだ跡がしっかりと刻まれている事がわかりました。
サポート材の付け方については講演やセミナー等でもお話はさせて頂いておりますが、基本的な事です。それでもうまくいかない場合が殆どで毎日が勝負です。
サポート材はただ付ければ良い物ではありません。熱を逃がしたり、歪みを押さえ込んだり、支えたりと色々な役割があります。しかし、後に除去しなければならないのでたくさんは付けたくありません。
それらをどう考え、またどう除去させるかまで考えなくてはならないのです。
まずは造形品がいかに奇麗に仕上がるかを考えてみましょう。
造形途中では固められた金属が膨張する事があります。膨張すると金属粉末を敷き詰める工程で設備が停まってしまう事があります。一旦停止すると収縮が始まり奇麗に造形できない事があります。ということは・・停まらない工夫が必要なのです。サポート材を多く付けるとそれだけたくさんの面積の負荷を受け止めなくてはならない事があります。特に停止しそうな箇所というのが存在します。厚肉から薄肉へ変わっていく際などはかなりリスクが高いです。そこを止めない工夫が必要だと言う事です。
次に歪みを抑える工夫です。レーザーを熱源としている以上残留応力の発生は避けられませんが造形中にそれが発生してしまうと品質に大きく影響します。だからこそしっかりとしたサポート材を付けたいところです。この残留応力を強制的に抑え込むサポート材の付け方にはタダ単に付けるのでは無理がでてきます。色々な工夫をしなければこれを乗り切る事は出来ません。
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金属３Ｄプリンターのサポート材付着例
サポート材はオーバーハングしている部分や、角度が45°を割る部分には付着します。場合によっては付けなくてもいい場合もありますが、基本的には全て付いてしまいます。
このサポート材の付着によって造形の可否が決まることも少なくありません。
ついては困る場所、また取ることが出来ない場所についてしまうことがあるからです。
実際に形状で見て行くのがわかりやすいので絵でご説明致します。
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灰色の部分が造形品（製品）になるのですが、赤い部分は全部サポート材となります。
両端の部分はオーバーハングによる支え、真ん中の部分は宙に浮いてしまっている部分です。
このよう場合どこが大事になるかが重要になります。真ん中の宙に浮いている部分がはめ合いにしなければいけない場合。手動工具でサポートを取るのは非常に危険なので、出来れば付いていない方がよい。となると造形方向を変える必要があります。
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ところが横に造形姿勢を変えても付いてはこまる場所にサポート材が付着します。
しかも横にしたことにより積層回数が増えてしまうので造形時間が最初のものより長くなってしまうので金額まで高くなってしまいます。
もうここまでくればどのような造形姿勢が良いかはお分かりになりますよね？？
サポートの除去時間の短縮。大事な部分にサポートも付かず、そして造形時間も変わらない造形姿勢。
この造形姿勢であればお客様のご要望にお応えできます。
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３Dプリンターってパズルを組み合わせるような仕事ですよね？？
どこにサポートを付けるか・・
サポート材を取りやすくするには？？時間がかからないのは？？熱が逃げるのは？ひずまないようにするには？
など多くのことを考えてから３Dプリントをする必要があるのです
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サポート材の除去
金属３Dプリンターで一番大変なのがサポート除去という工程になります。なんでサポート材は同じ金属で生成される為当然のように硬いからです。樹脂の３Dプリンターのようには行かないのです。
そんなサポート除去・・実は弊社では女性が行っているんです。しかも握力もさほどない小さな女性です。
金属３Dプリンター受託造形サービスを始めた当初は、私もサポート除去をしていましたが握力が必要だと感じていました。
しかし・・彼女に聞いてみると、実はある方法を使えば力がなくともサポート材を除去できるのだと教えた頂きました。自社のサポート材工程なのに私が知らないのはお恥ずかしい話ですが、人間というものはいかに楽に早く・・ということを自然に考えるんですね。
金属３Dプリンターのノウハウの中に、造形ノウハウやサポート設計ノウハウがありますが、このサポート材除去ノウハウも本当に職人仕事と同じくらいあノウハウが必要になりますのでこれから金属造形を始めようと思っていらっしゃる企業様には是非知っていて頂きたいと思います。
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