AM で製造されたマンドレルは複合材メーカーに新たな機会をもたらします

Jun 12, 2023

積層造形 (AM) は、従来の生産プロセスと比較して、産業プロセスを破壊し、革新的でコスト効率が高く、迅速な結果の達成を促進する能力を備えています。 従来の材料よりも本質的に強く、軽く、環境耐性が高い複合材料で作られた製品の需要の急速な増加と時を同じくして、AM は現在、防衛、航空宇宙、その他の産業における複合材料の生産に革命を起こそうとしています。 これらの分野では、（とりわけ）空気、流体、エネルギー管理用途のダクトや通気口用のマンドレルの作成に使用できます。

マンドレルは、中空の複合部品やコンポーネントを作成する際に不可欠なツールです。 製造プロセス中、マンドレルはチューブまたはパイプの端に挿入され、その周囲に物体が形成される間、所定の位置に保持されます。 これにより、完成品の形状とサイズが確実に維持されます。

伝統的に、最も一般的なタイプのマンドレルは鋼で作られていますが、アルミニウムや他の金属も使用できます。 しかし、そのようなマンドレルは用途が限られており、高価になる可能性があります。 この記事では、関連するすべての産業部門のエンジニアに、複合材料製造用の犠牲ツールとしてマンドレルを製造するために AM を使用することで製造プロセスをどのように簡素化および最適化できるかを説明します。

複合材料は、多くの製造分野で広く使用されており、2 つ以上の異なるコンポーネントで構成される材料です。 これらのコンポーネントは、用途に応じて、金属、ポリマー、セラミック、繊維、その他のさまざまな物質の組み合わせにすることができます。 複合材料は、軽量で燃料効率が高く、強度の向上、安定性の向上、耐摩耗性の向上、耐久性の向上など、従来の材料に比べて多くの利点があるため、さまざまな産業用途で使用されています。風化や環境破壊に対する耐性。

複合材料は、金属、プラスチック、セラミックなどに比べて、複雑な形状に加工したり成形したりするのも容易です。 エンジニアは、さまざまな種類の材料を組み合わせることで、特定の要件を満たす材料を作成し、多くの業界に永続的なサービスを提供できます。 複合材料の需要が高まる中、これらの多用途材料が今後何年にもわたって産業界で重要な役割を果たし続けることは明らかです。

従来のマンドレル生産と AM マンドレル生産の比較

伝統的なマンドレルの製造方法は何世紀にもわたって存在しており、今日でも使用されています。 マンドレルの製造には、鋳造、鍛造、機械加工という 3 つの主な伝統的な方法があります。

鋳造は工業用マンドレルを製造する最も一般的な方法です。 このプロセスでは、溶融金属を目的のマンドレルの形状をした型に流し込みます。 金属が冷えて固まると、マンドレルが型から取り外されます。 鍛造プロセスでは、金属片が可鍛性が得られるまで加熱され、ハンマーやその他の工具を使用して目的のマンドレルに成形されます。 機械加工プロセスでは、旋盤、フライス盤、またはその他の工作機械を使用して、金属片を目的の形状に切断またはフライス加工します。

従来のマンドレル製造技術の使用には多くの固有の欠点があり、その主な点は、時間がかかり、労働集約的であることが多く、多くの廃棄物が発生することが多く、達成できる幾何学的複雑さの範囲が限られていることです。 。

AM を使用すると、従来の方法では製造が困難または不可能な複雑な形状のマンドレルを作成できます。 AM は、高価な切削工具を必要とせずに、複雑なデザインと内部機能を備えたマンドレルを極めて迅速に作成できる、より柔軟なアプローチを提供します。 また、従来のマンドレル製造方法では、複雑な形状やオーバーハングなどがある場合、複数の部品を製造する必要があり、そうでない場合はマンドレルコアを取り外すことができません。 複数の部品を作成すると、余分なコストと時間がかかり、エラーややり直しが発生する可能性が高くなります。

AM を使用してマンドレルを製造する利点には、工具コストの削減、リードタイムの​​短縮、設計の柔軟性の向上などが含まれます。 積層造形マンドレルはデジタル ファイルから迅速かつ簡単に作成できるため、短期間または 1 回限りの生産に最適です。 さらに、従来の技術と比較して、形状や幾何学に関して設計者に大きな自由をもたらします。

Massivit ソリューション

大規模な 3Dは、強力で耐久性のあるマンドレルを製造するための独自の印刷プロセスを開発しました。 これは複合部品の製造のための非常に革新的なソリューションであり、従来の製造方法に比べて大きな利点があり、リードタイムの​​短縮とコストの削減で高品質の複合部品の製造が可能になります。

先ほど述べたように、AM を使用してマンドレルを作成する主な利点の 1 つは、従来の機械加工方法よりもはるかに複雑な設計が可能になることです。 AM では、製造できる幾何学的形状に制約がないため、非常に複雑なデザインのマンドレルを製造できます。 これは、マンドレルの設計にまったく新しい可能性をもたらし、特定の用途の特定のニーズに合わせてマンドレルをカスタマイズできることを意味します。

複合部品の需要が高まるにつれて、より効率的でコスト効率の高い生産ソリューションの必要性も高まっています。マシビットは、これらの要件を満たす Massivit 10000 AM システムを開発しました。 このマシンは、Cast In Motion (CIM) テクノロジーと Massivit 3D の特許取得済みの Gel Dispensing Printing (GDP) メソッドを組み合わせて使用​​します。 これにより、金型を 3D プリントされた犠牲シェルに直接鋳造することができます。 これを実現するために、Massivit 10000 はデュアルヘッド システム、超高速特許技術を使用し、マンドレルには水で崩れる水破壊性素材を使用しています。 これらすべてにより、メーカーは複雑なマンドレルを数週間ではなく数時間以内に製造できるようになります。

Massivit の水で壊れやすい材料は、マンドレルの製造に最適です。 言うまでもなく、この素材の最も注目すべき特徴の 1 つは、水中で崩れることです。 これにより、製造後にマンドレルを最終製品から簡単に取り外すことができます。 また、この素材は軽量です (製造プロセス中の取り扱いや輸送が容易になります)。 強くて耐久性があります（さまざまなマンドレル用途に使用できます）。 環境に優しい（サブトラクティブ法と比較して無駄を最小限に抑え、大規模な材料保管の必要性を最小限に抑える）。 マンドレルの印刷は数時間以内に完了するため、スピーディーです。

ケーススタディ

の破壊的な性質を説明するには、Massivit のマンドレル製造への 3D アプローチ 、このケーススタディでは、防衛および航空宇宙分野にサービスを提供する Kanfit 社のマンドレルの製造に関わるプロセス ステップを検討します。 依頼されたマンドレルは Massivit の耐水性素材で印刷する必要があり、印刷された金型の外面は非常に滑らかである必要がありました。

初め、寸法 X 381 mm、Y 191 mm、Z 567 mm のマンドレルの CAD モデルが作成されました。 Massivit の 3D プリンティング技術に最適に位置合わせするために、モデルのフランジ領域はレイアップ製造を改善するためにデジタル的に拡張され、金型の壁は真空圧力に耐えられるように最終幅 5.4 mm の 3 つのプリンティング輪郭で設計されました。製作段階。完成した CAD ファイルから、Massivit Smart スライサー ソフトウェアでマンドレルの G コードが作成されました。 プリントは最小限の時間と材料を使用するように設計されており、合計でわずか 8 時間かかりました。 マンドレルは、Massivit の耐水性 DIM WB フォトポリマー材料を使用して製造されました。

その後、パーツは後処理されました。 表面をサンドペーパーで研磨し、マンドレルの表面を気密にするためにエポキシを 1 回塗布しました。

レイアップ段階では、マンドレルが回転ジグ上に設置され、ツールの周囲にエポキシとカーボンファイバーのシート (合計 6 枚) を適用できるようになりました。 カーボンファイバーでコーティングされると、金型は真空プロセスに入り、真空圧力下で 3 時間保持されます。 その後、それを取り外し、最終硬化まで 24 時間放置しました。

完成した型を真水の中に 24 時間置き、水に壊れやすい材料の残りをすべて皮膚から取り除きました。 その後、マンドレルはトリミングされ、リリース前に品質管理部門で検証されました。

このような用途で複合部品が製造されるマンドレルを AM を使用して製造すると、従来のマンドレル製造と比較して、複合製造プロセスの簡素化と合理化が実現します。

まとめ

AM を使用して製造されたマンドレルは、複合部品やコンポーネントの製造方法に革命をもたらす可能性があります。 AM を使用して製造されたマンドレルには、従来の製造マンドレルに比べていくつかの利点があります。 より軽く、より正確で、各部品の特定のニーズに合わせて簡単にカスタマイズできます。 これにより、生産時間が短縮され、無駄が削減されます。 さらに、AM を使用して製造されたマンドレルは、取り外しを簡素化する Massivit の水破壊性材料などの先進的な材料から製造できます。

これにより、より高品質で信頼性の高い複合部品の製造が可能になります。 積層造形マンドレルの出現により複合部品製造の未来は明るく、この技術と Massivit の 10000 は業界に革命を起こそうとしています。

マシビット