スマート・フュージョンでサポートフリー建築の可能性を追求する

2023年9月20日｜読了時間：5分

金属積層造形におけるサポートフリー造形は、まだ一般的ではありませんが、実現可能であることは証明されています。EOS Smart Fusionの画期的なリアルタイムプロセス制御は、ミニマムサポートまたはサポートフリーの金属3Dプリントというエンジニアのビジョンを実現する上で、大きな役割を果たすでしょう。

EOSの専門家はサポートフリーのプロジェクトにいくつか取り組んでいるが、この見通しは金属積層造形（AM）の一部に懸念を抱かせている。サポートが関連する造形物の側面（部品の向き、設計、熱伝達、再コーティングなど）はすべて、造形物の成否に大きく影響する。歴史的に効果的なアプローチを放棄するという考えには、理解できる懸念があります。

新しいEOSスマートモニタリング定額プランの目玉であるスマートフュージョンでは、造形プロセスをレイヤーごとにリアルタイムで制御できるため、従来サポートが対処していた最も重大なリスクのいくつかを軽減または排除することができます。このテクノロジーを活用することは、オーバーヒートリスクの低減、アセンブリ成功率の向上、少数のサポートまたはサポートなしの使用など、現実的に有益であり、またAM設計者にこれまでにない自由をもたらします。

このブログでは、サポートフリーのコンセプトの発端を探り、スマート・フュージョンがエンジニアをサポートフュージョンに近づけるユニークな方法を総合的に考察し、金属AMにおけるこれらの進歩の将来的な意味を考察します。

サポートの限界

最近まで、サポートは金属積層造形において避けられない現実と考えられていた。サポートは、製造される部品と同じパウダーで造形プロセス中に組み立てられ、必要に応じて戦略的に配置される。その後、サポートは後処理で取り除かれます。

多くの表面積が3Dプリンターの造形プレートと接触しないような複雑な構造を持つパーツには、アセンブリの完全性を確保するためのサポートが必要です。45度（または他の同様の鋭角）よりも鋭角なチャンネル、穴、オーバーハングを含む設計についても、歴史的に同じことが言えます。しかし、過剰なレーザー出力レベル、熱応力、リコーターブレードの損傷に起因する障害は、一般的にサポート使用の最も差し迫った動機となっている。

サポートには、総印刷時間の増加、材料の使用量の増加、長時間の後処理と洗浄といった顕著な欠点があったが、アディティブの専門家が本格的に代替手法に取り組み始めたのはここ数年のことである。

サポートレス概念の出現

サポートの必要性を減らす（可能であればなくす）ために調整する要素はさまざまです。例えば、パーツの壁やアーチが自立するように仕様をプロットするなど、設計がその役割を果たすこともある。 

プロセスとパラメーターの最適化はさらに重要である：レーザー出力は非常に重要ですが、その他にも、スキャン速度、スキャンパターン、ダウンスキン寸法（部品の下向き面）の調整、再コーティング技術など、サポートフリー造形を容易にするために多くのパラメーターを調整することができます。

スマート・フュージョンの力

EOSのエンジニアとAdditive Mindsチームの専門家は、サポートフリーの金属AMを促進する技術とプロセス最適化技術の開発に多くの時間とリソースを割いてきました。この分野における当社の最も重要な開発のひとつが、すべての金属AM作業に明らかに役立つものではありますが、スマート・フュージョンです。 

私たちはスマート・フュージョンを発表時に「ゲームチェンジャー」と呼んだが、それは安売りだったかもしれない。このソフトウェア・ソリューションは、これまでにないレベルのリアルタイム制御でインテリジェントな熱管理を可能にします。Smart Fusionは、金属3Dプリンティングシステムのレーザー出力を常にEOSPRINTで設定されたパラメータと一致させ、パウダーベッドのレーザー吸収を測定し、必要に応じてレーザー出力を上下に調整します。高度で複雑なアルゴリズムがレーザーの機能を制御して熱レベルを一定に保ち、オーバーヒートのリスクを大幅に低減します。 

サポートが使用される最大の理由のひとつである熱のリスクが軽減されるため、1回のビルドで使用するサポートの数を最大75%まで減らすことができます。実際のところ、Smart Fusionがビルド中に実現するすべての利点が、サポートを使わないビルドを容易にする状況に貢献しています。一つは、ビルドが2倍から5倍速くなることです。ビルドが加速され、オーバーヒートの危険性が最小限に抑えられるため、リコーターブレードがプロセスを中断させたり、その他の温度関連のストレスが顕在化する可能性が低くなります。こうしたリスクが減れば、サポートの必要性も減る。

Smart Fusionの高精度プロセス制御の価値は、製造そのものにとどまりません。最終的には、造形の一貫性を向上させ、パーツを最初から正しく造形できる可能性を高めることができます。

EXPOSURE OTからの洞察＝スマート・フュージョンの燃料

Smart Fusionは、EOSTATE EXPOSURE OTプラットフォームと重要な関係にあります。(そのため、EOS Smart Monitoringのサブスクリプション・プランでは、この2つがペアになっています。） 

EOSTATE EXPOSURE OTは、近赤外線光トモグラフィのハードウェアと複雑な解析ソフトウェアを組み合わせたものです。カメラは、建設作業からリアルタイムでOT画像をライブ記録し、ソフトウェアプログラムの高度なアルゴリズムが、ホットスポット、コールドスポット、その他の熱分布の異常を、既存または潜在的な欠陥とともに検出します。このOTデータとソフトウェア内のコントローラ設定により、スマートフュージョンは適切なレーザー補正係数(LCF)を適用し、仕様に沿った金属部品の安全な生産を保証します。

サポートがゼロ（または少数）のメタルAMの未来

サポートフリーはまだ始まったばかりの方法であるため、金属積層造形のユーザーなら誰でも飛び込めるプロセスではない。当面の間、「サポートフリー」とは、サポートがゼロというよりも、むしろ非常に少ないことを意味することが多いかもしれない。また、特に複雑な部品形状や大型部品を必要とする場合など、この方法が理想的でない用途も出てくるだろう。

しかし、長い目で見れば、EOSはサポート・フリー・ビルの価値がその欠点を上回り、私たちの献身がその欠点を緩和する技術やプロセスにつながると信じている。潜在的な利点は無視できないほど大きい：長期的なコスト削減（特に部品単価）、生産性の向上、より安定した部品品質に加え、サポートレスビルドは材料消費量の削減に役立ち、責任ある製造と持続可能性の目標に積極的に貢献します。

このケーススタディでは、EOSのエキスパートが、複雑なインペラ部品の設計から内部サポートを不要にし、わずかな外部サポートで済むようにした方法をご紹介します。スマート・フュージョン、スマート・モニタリング・プラン、EOSメタル・システム、ソフトウェア、材料などの詳細については、こちらからお問い合わせください。