吊り下げ構造の基本概念と課題
吊り下げ構造とは、3D プリント プロセス中に下層の材料によってサポートされないパーツを指します。これらは、アディティブ マニュファクチャリングとサブトラクティブ マニュファクチャリングを区別する典型的な特徴です。 FDM プロセスのサスペンション能力は限られており、通常、傾斜角が 45 度を超えると追加のサポートが必要になります。 SLA/DLP プロセスのサスペンション機能はさらに弱く、ほぼすべての水平投影領域のサポートが必要です。金属 SLM プロセスでは、熱を伝導して変形を制御するために多数の支持構造も必要です。吊り下げ構造の設計が不適切だと、印刷の失敗、表面品質の低下、サポートの取り外しの困難につながる可能性があります。自立角度の概念を理解することは、最適な設計の基礎となります。
さまざまなプロセスの自立角度の標準
自立角度とは、追加のサポートなしで吊り下げ構造を正常に印刷できる最小の傾斜角度を指します。 ＦＤＭ法の自立角度は通常４５度、つまり吊り面と水平面との角度が４５度以上であればサポートフリー印刷が可能である。一部のハイエンド FDM 装置は、冷却と押出制御を最適化することで自立角度を 50 ～ 60 度まで高めることができます。 SLA/DLP プロセスの自立角度はより大きく、通常は 60 ～ 70 度です。 SLS/SLM 金属プロセスの自立角度は、材料の熱特性によって異なりますが、通常は 30 ～ 45 度の範囲です。自立角度の基準は設計時のプロセスに応じて決定する必要があります。
サポート マテリアルを最小限に抑えるための設計戦略
サポート マテリアルの使用を減らすと、マテリアルの消費量が減り、印刷時間が短縮され、後処理手順が簡素化されます。 1 つ目は、最大の浮遊面積を持つ面が印刷プラットフォームに面するように部品の向きを変えるか、浮遊面を急角度に調整することです。 2番目のステップは、面取りを追加し、吊り下げられた鋭いエッジをベベルに変更して、傾斜を自立基準に達するようにすることです。 3つ目は、中空を設計し、固体の吊り下げ構造をフレーム構造に変更して、支持する必要がある水平領域を削減することです。 4 つ目は、複雑な部品を複数の部品に分割し、組み立てる前に個別に印刷する分割印刷です。各パーツを最適な方向に印刷できます。 5つ目は、既存の構造を利用し、部品自体の壁やリブを支えとして設計する方法です。
可溶性サポートの適用スキル
サポートが避けられない吊り下げ構造の場合、可溶性サポート材料の使用は後処理の困難さを軽減する効果的な方法です。デュアルノズル FDM 装置は、メイン ノズルで部品材料を印刷している間に、補助ノズルを使用して PVA または HIPS サポートを印刷できます。印刷後、パーツを水 (PVA) またはリモネン溶液 (HIPS) に浸すと、サポート構造が自動的に溶解します。可溶性サポートを設計するときは、サポートと部品の間の接触面積に注意を払う必要があります。接触面積が大きすぎると跡が残り、接触面積が小さすぎると支持が不安定になります。サポート密度の設定は除去速度に影響します。10 ～ 20% に設定することをお勧めします。
吊り構造物の品質検査と改善
印刷完了後、吊り構造物の特別な品質検査が必要です。まず、表面のたわみを確認し、実際の吊り面の位置と設計上の位置との偏差を測定します。認定基準は通常、層の厚さの 2 倍未満です。次に、表面粗さを確認します。通常、吊り下げ面の上面は側面よりも粗くなっています。使用要件を満たしているかどうかを評価する必要があります。第三に、エッジの鋭さを確認します。吊り下げ端に丸みやバリがある場合があり、後処理やトリミングが必要です。不適格な吊り下げ構造の場合は、その理由を分析し、設計または印刷パラメータを最適化する必要があります。一般的な改善には、印刷方向の調整、サポートの追加、印刷速度の低下などが含まれます。