軍用部品を3Dプリントして25年

 

SLA3Dプリンティングとエンジニアリングサービスに関しては、ブルース・ルマスターは他の誰よりも多くの経験を持っている。1996年、彼はApplied Rapid Technologiesを設立し、初期の3D Systemsステレオリソグラフィ・マシンを使って顧客のパーツを製造しました。そして今日、ARTはObsidian Solutions Groupの一部門となりました。Obsidian Solutions Groupは、10億米ドルに迫る軍事契約を結ぶ大手政府請負業者です。米軍やTier 1防衛請負業者に加え、ARTは医療機器会社からスポーツ用品メーカー、さらには新製品を発明する起業家まで、幅広い民間企業にエンジニアリングと製造サービスを提供しています。

◎挑戦：

ウレタン鋳造ボタン・スイッチ、治具・固定具

アディティブ・マニュファクチャリングは創業当初からART社のビジネスの中心であったが、現在、同社が製造する最終製品の約半分は3Dプリントではなく、ウレタンの鋳造品である。ウレタンの鋳造により、ARTはボタンやトグルスイッチなどの低コストのプラスチック部品を短納期で製造できるようになった。

1つの鋳型に最低24時間かかり、かなりの労力を必要とし、最終的には鋳造される材料にもよるが、最大25個の部品を作ることができる鋳型ができる。とはいえ、顧客からの需要の高さを見れば、その努力は報われるようだ。「現在、当社の鋳造ウレタンはビジネスの約50％を占めており、ほぼ限界に達しています」とレマスターは言う。

ウレタン成形に加え、ART社はシリコーン成形でも同様の24時間プロセスを行っている。このように需要が高いため、LeMaster氏とART社のチームは、請け負うことができるプロジェクトの量に現実的な上限があり、すべてが限界に達していた。

キャスト・ウレタン製法

CADで3Dモデルを作成し、SLAでマスターパターンを3Dプリントする プライマー、ペイント、テクスチャーを含むパターンのクリーンアップ パターンからシリコン型（ツール）を作成する (1)真空チャンバーと(2)圧力タンクで一晩硬化させる シリコン型を切り開き、マスターパターンを取り出す ポリウレタン樹脂を手で混ぜ、型に流し込む 樹脂に応じて圧力タンクに1～8時間入れる 金型から部品を取り出して仕上げる

◎ソリューション：

スループットと収益の向上

ARTのチームは、Nexa3DのLSPc®テクノロジーによる部品製造の可能性に気付くと、すぐに投資を行った。「NXE 400を1台導入する予定でしたが、2021年4月に3台導入することになりました。2021年末までに、さらにNXE 400を2台とNXD 200を1台購入し、6月（2022年）にはXiPを2台購入しました」とLeMaster氏は振り返る。

NXE 400 3Dプリンターへの投資の核心はスループットです。「通常、鋳造ウレタンを使用する高速部品では、部品を1日に3～5回循環させているため、25個が必要な場合、鋳造と後片付けに5日間かかることになります。Nexa3Dプリンターでは、25個すべてを1～2時間でプリントし、その後クリーンアップできます。スピードに関しては、本当に文句なしです」。

「このようなパーツの製造スピードの速さを認識した私は、鋳造ウレタンのプロジェクトを3Dプリンティングに転用するチャンスだと考え始めました」
– ブルース・ルマスター
アプライド・ラピッド・テクノロジーズ創設者兼副社長

NXE 400によるアディティブ・プロセス

高速3Dプリンターは短納期を可能にしますが、それ以外にも利点があります：

CADで3Dモデルを作成 3Dプリント 部品をすすぐ UV硬化 サポートを取り除く 軽く砂をかける

鋳造ウレタンは、非常に高い仕上がりが要求される状況ではまだ使用されていますが、このプロセスはNXE 400プリンターを使用するよりもコストが高く、時間も大幅にかかります。

NXE 400によるアディティブ・プロセス

スループットは素晴らしいが、樹脂3Dプリントであることに変わりはない。長年、樹脂パーツはFDMやSLSのような技術ほど長期的に機能しないという懸念が常にありましたが、過去10年間で、樹脂は全体的に良くなっています。

予想通り、様々な顧客のプロジェクトで、ARTは様々な高性能材料を必要としている。私たちは、xABS、xCE Black、xFLEXに重点を置いています。これらは主に私たちが使用する材料ですが、xPP405やxPEEKなども使用しています。

xCEブラックは非常に生産に適した素材です。xCE Blackで）ジョイスティックのボタンを作っているのですが、これらの部品はすべて太陽の下に放置されています。暑い日には120～140°Fになることもあります。xFLEXは屋外でも良好で、劣化は見られない。まだ研究はしていませんが、過去1年間、これらの部品は工業環境でよく持ちこたえました」。

さらに、ART社は、製造工程における高性能樹脂の別の用途を発見しました。”私たちは、[xPEEK]が工具用途に特に優れていることを発見しました。これにより、ウレタン鋳造工程でSLAプリントパターンに通常必要とされる、時間のかかる工程が1つ追加されることになる。

カスタマー・アプリケーション

30年前のブームリフトの交換部品

ARTのある産業用顧客は、主要な建設現場で何十台も見かける産業用リフトの部品を供給している。これらのリフトの中には30年以上前のものもあり、OEMはもはや交換部品を製造していません。

「これらの機械は永遠に使えるように思えるが、故障すると部品が手に入らなくなる。私たちの顧客は、全国の修理工場に部品を提供するビジネスをしています。私たちはこれらの部品の多くをリバース・エンジニアリングし、3Dプリントして鋳造ウレタン化している。そして、それらの部品を産業用リフトの現場で使用している。私たちがプリントしているボタンはかなりシンプルなものですが、ボタンの上にかぶせるゴムブーツはxFLEXを使っています。1版あたり70枚を約2時間15分で印刷できます。私たちの顧客はこれを25個単位で販売しているので、あっという間に使い切ってしまいます。今では、他のパーツをリバースエンジニアリングし、Nexa3Dマシンでプリントする機会を探しています。」

ARTが提供し、同社のNexa3Dプリンターで3Dプリントされた交換部品で改造されるブームリフト

ハードボタンとソフトキャップ、ブーツはリバースエンジニアリングされ、ART社がNexa3D xCEとxFLEX素材でプリントし、現場でブームリフトに取り付けられます。

Nexa3Dで成功するサービスビューローを構築する

ART（そして現在のObsidian）は、20年以上にわたる3Dプリンティングと製造の経験を生かし、満足のいくリピーターの長いリストとともに繁栄するビジネスを構築してきたと言っていいだろう。とはいえ、LeMaster氏は、ARTが競合他社よりも優位に立つと同時に、顧客に最高の体験を提供できる次のものを常に視野に入れている。「Nexa3Dマシンのサービス・プロバイダーであることで、現在8台のマシンがオンラインにあり、プロジェクトを引き受けて迅速に回す柔軟性が増しました。何年もの間、私たちはこの業界をラピッドプロトタイピングと呼んでいましたが、今はアディティブマニュファクチャリングに変化しています。今日仕事を受注し、一晩でプリントして明日出荷できれば、それは顧客にとって大きなメリットです。Nexa3Dマシンのオンライン・フリートがあることで、ジョブを非常に迅速に回転させる能力が高まります」

「従来のステレオリソグラフィーマシンで高さ5インチのパーツをプリントする場合、最低でも6時間はかかりますが、Nexa3Dマシンを使えば、高速な樹脂でも1時間半程度でプリントできます」
– ブルース・ルマスター
アプライド・ラピッド・テクノロジーズ（オブシディアン・サービス・グループの一部門）創設者