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サポートなしではどうなる？

前回は、円穴形状を印刷してみました

円なので、フィラメントが空中に吐き出すタイミングはレイヤーが上がるたびに
狭くなっていきます。
それでなのか？サポートはなくても、大丈夫でした。
じゃ、四角穴の場合は・・・・
今度は、いきなり空中を直線状でフィラメントを吐き出す事になりますね
とりあえず、寸法は前回と同様の、20mm四角で10mm厚のブロックに
10mm四角の穴を開けてみました。
たぶん、フィラメントは垂れてくるだろうな～と思いながら、サポートなしで！

ここまでは、通常印刷です。
ここから、空中にはります。

垂れてこないですね。大丈夫そう。

プリントもなんなく終了。
な～んだ、10mm角ぐらいなら、サポート不要じゃん！
ただ、比較してみたいので、いつもの隙間方式でサポート追加してみます

サポート追加！

こんどは、いつものように、0.6mm隙間のサポートを追加してみました

ここから、隙間付近。
眺めていましたけど、あまりよくわかりませんね。

こっちも普通に完成！サポート材も、手で簡単にポロッと取れました。

印刷面を比較してみましょう

当然ですが、立壁面はほとんど差はありません。

でも、天井面・・空中印刷の部分・・は、予想を反して、サポートなしの右側のほうが綺麗です。

じゃぁ、寸法はどうかな？

ノギスで測ってみます。まずはサポートなしの製品。

ちなみに、ノギスなどアナログ的な測定器には、バーニアという方式で測定します。
ついでなので、ちょっと紹介しておきます
下の画像は、サポートなしの製品の立壁面（横方向）に測っている写真です。
①まず中央の物指しで、主目盛りの下の「0」が指すだいたいの目盛りをよみます
この場合、9mmより大きくて、10mmより小さい。9.5mmより若干大きい感じです
②次に、主目盛りと副目盛りが合わさる目盛りをよみとります
この場合が、7と8の間、7.5ぐらいですね
そうすると、①で9mmより大きくて、下の位（0.1mmの位）が7.5という事になり
「9.75mm 」と測定できます
こんな感じで、ノギスでは、0.05mm の単位までは測定する事ができます
モデルは、10mmなので、私のFinder では、0.25mm程度小さくなるようです。
これが、プリンターの精度になりますね
これは、経験値として、覚えておいたほうがいいですね

同様に、サポートなしの製品の、天井面を縦方向で測ってみます

ほとんど同じ、9.75mmですね
空中を通ったので、面は少し荒れていましたが、寸法的にはそれほど影響はなさそうです。

サポートありの製品

まずは、立壁面（横方向）。

こちらは、サポートなしと同じ、9.75mmです。
ちなみに、設定値10mm よりは、小さいですが、先ほどとほぼ同じ寸法なので、プリンタの精度的には再現性はありそうです。
10mmで9.75mmになるのを考慮して、モデルを作成すれば、そこそこ狙い寸法の製品をプリントできるかもしれません。
つぎに、天井面の縦方向。

う～ん、9.55mmぐらいですねぇ
やはり、さらに面が荒れている分、小さくなってしまっています
サポート材として、0.6mm隙間の形状をサポートとしたわけですが、そいつに引っ張れれるんでしょうかねぇ～？

結局！

前回同様、横四角穴も、サポートなしのほうがいいみたいです。
ただし、円穴の場合は、大きくなっても、空中プリントの部分は、徐々に短くなるので影響は少ないかもしれませんが、
四角の場合は、形状に沿って長くなっていきます
限界はあると思います
とりあえず、今回は、10mmまでの四角穴であれば、サポートなどなくていいいという結果になりました

新しい３Dプリンターの展示

設計・製造ソリューション展(DMS) 2017では、HP社のボクセル形式３DプリンターJet Fusion、中型の高精度３DプリンターRAISEなど、様々な実務利用に向けた３Dプリンターが発表されていました。
ジェネレーティブデザイン、アディティブマニュファクチャリングが現実味を帯びてきています。
コストとスピードをクリアした時点で、製造業のあり方も大きく変わることになります。

インダストリー4.0というと壮大なテーマですが、これらの技術が一般的に利用できる時代に向けて、準備を始める時期に差し掛かってきているのではないでしょうか。

砂型積層３Dプリンター

今回は、その中でもかなり実用化が進んでいる「砂型積層３Dプリンター」について取り上げてみました。
簡単に説明すると、砂を積層造形方式で３Dプリントしていくのですが、製品との境界のみ硬化させ、中身の砂は未硬化で再利用できるシステムになっています。価格も9,000万円程度になっていますので、レーザー焼結と5軸加工の複合機（数億円）と比較して導入しやすい金額になってきていると言えます。

＜SCM-800＞

実際に約60kgの大型鋳物を製作する期間が、木型工法だと約1か月のところ、積層工法だと約3日、と最大工期短縮90％という驚くほどのメリットが出ています。

造形手順としては、「砂を敷き詰める」⇒「バインダを砂に噴射→造形テーブルが一層下がる」を繰り返す⇒「新たな層の造形の為砂を敷き詰める」といった工程になります。
鋳物で製作されている部品の代表例としては、インバーターケース、シリンダーヘッド、ターボチャージャー、シリンダーブロック、マニホールドなどが有名です。現在では、内部構造の高効率化で、内部設計データがかなり複雑になってきており、薄肉などの対応には砂型積層３Dプリンターが最適なパーツが増えてきています。
積層砂型といえばコイワイ様が有名ですが、展示物も半分ほどご提供されていました。

鋳物業界（製造業全体かもしれませんが）の現状としては、３Kと言われていますが、３Dプリンターの導入でかなりイメージが変わってきているようです。後継者不足の問題も、３Dデータ作成などのデジタルとの融合で、若者イメージも良くなってきているようです。

砂型積層３Dプリンターのメリットまとめ

◆マスター型が不要。３Dデータから直接造形可能
◆薄肉・高精度鋳造物の製作が可能になる
◆従来の木型、砂型反転工法でできなかった構造も製作可能になる
◆熟練の技術を３Dデータに置き換え可能
◆「３Dプリンター」で若者のイメージが良くなることで、後継者不足を解消！

型を3Dプリンターで製作することは、強度、品質において非常に重要なことだと感じています。砂型積層３Dプリンターが広がることで、熟練の技術をしっかりと受け継いでいけると良いですね！

製造業において3Dプリンターの導入は続々と進んでいます。

先日日本で発売が開始された、HP社のJet Fusion 3Dは従来のSLS（粉末焼結積層造形）方式の10倍の速さでナイロン素材をプリントできるなど、3Dプリンターの技術は目覚ましい進化を遂げています。

また、最近ではモックアップも最終製品に近いリアルモックアップが作成されていたり、最終製品を3Dプリンターで作成されている事例もあります。

自動車メーカーのダイハツは「コペン」のカスタムパーツを3Dプリンターで作成しており、また、ヨーロッパの航空会社エアバスはパーツの作成に金属3Dプリンターを用いることで製造にかかる材料消費量を75％、CO2を40％まで削減に成功しました。

利用用途を様々な領域に広げつつある3Dプリンターですが、金型の冷却用の水穴を3Dプリンターで作成することで効率化をはかれる可能性も秘めています。

樹脂金型で成型する工程の中で一番長く時間をかけているのが冷却時間です。
そこで、従来の切削加工では不可能だった、より冷却しやすいスパイラル形状の冷却穴の作成が検討されています。3DCADと樹脂流動解析ソフトウェアを組み合わせ冷却回路の計算とモデルの作成を行い、3Dプリントすることでそう言った水穴作成が可能となります。

もちろん、現状では金属を削って金型を作るほうが、時間もコストも少なく済みますが、将来的な量産用金型の形としては非常に面白い試みで、10年後にはコストが下がり、今までより早いモノづくりができるようになっている可能性も十分にあります。

3Dプリンター活用の幅はどんどん広がっていきます。
今後の3Dプリンターの技術発展が楽しみですね。