なぜ超音波デパウダリングがゲームチェンジャーとなり得るのか、またどのような場合にこの励振方式が最適な選択となるのかをご紹介します。
自動デパウダリングの原則
自動デパウダリングは積層造形分野において比較的新しい分野ですが、Solukonが設立され、世界初のデパウダリングシステムSFM-AT800-Sが2015年に市場投入されて以来、いくつかの重要な原則が確立されてきました。主な原則は以下の通りです：
1. デパウダリングは保護された環境で行われなければならない
微細粉塵による健康リスクや爆発の危険性は、密閉されたプロセスチャンバーを使用することでのみ効果的に制御されます。反応性材料の場合、チャンバーは保護ガスによって不活性化されます。
2. デパウダリングは再現可能でなければならない
これは、同一部品に対して常に同じ洗浄結果（すなわち再現性）を得ることを意味します。一見当然のように思えますが、実際にはSolukonの自動粉末除去システムによってのみ確実に実現できる基準です。
3. 最適な洗浄結果は回転と振動励振の組み合わせによって達成される
二軸における（無限）回転とターゲットを絞った振動励振により、内部チャネルに付着した粉末は流動性を持つようになります。振動強度は調整可能ですが、空気圧による振動の影響は部品形状によって大きく異なります。重要なのは結果であり、粉末が液体のように振る舞い、内部チャネルから流れ出ることです。粉末の塊は高周波ノッカーによって分解され、必要に応じて使用されます。
従来は、空気圧バイブレーターとノッカーの組み合わせが基本原則とされていました。これは信頼性が高く、コスト効率にも優れていますが、多量の圧縮空気を消費し、制御が難しいため、繊細な部品では共振による損傷リスクがありました。
超音波搭載SFM-AT350-E
SFM-AT350のEバージョンの導入により、Solukonは励振方式の選択肢を拡張し、超音波励振を備えたシステムを市場に投入しました。SFM-AT350-Eは最大400 x 400 x 400 mmおよび100kgまでの部品を対象に、二軸回転と超音波励振により完全自動でデパウダリングを行います。
超音波励振の特長と利点
超音波励振は何ができ、主な利点は何ですか？
SFM-AT350-Eでは、圧電システムにより部品を超音波周波数で励振します。励振は回転テーブルで直接行われ、部品を最適な振動状態へ正確に導きます。固定周波数ではなく、特定の周波数範囲を高速にスイープすることで高い洗浄効果を実現します。
使用される周波数は部品の共振周波数よりもはるかに高いため、構造損傷のリスクを防ぎます。その結果、非常に穏やかな洗浄が可能です。さらに、超音波励振は完全に無音であるため、静かな環境でも使用できます。
もう一つの利点は、超音波励振が完全に無音であることです。これにより、SFM-AT350-Eは騒音の大きい高スループット生産環境の外でも設置することが可能です。
超音波はどのような場合に適した励振方式ですか？
粉末除去に関する多くの課題と同様に、空気圧励振と超音波励振のどちらを選択するかは、主に具体的な用途と部品の形状に依存します。どちらの方法も効果的な洗浄結果を得ることができます。しかし、超音波は非常に繊細な形状や壊れやすいサポート構造を持つ部品に対してはより適した選択となることが多いです。これは、空気圧励振に通常伴う振動を回避できるため、振動ストレスによる部品損傷のリスクを大幅に低減できるからです。さらに、非常に微細な構造（通常は直径0.5mm未満）でも、高周波の超音波励振に対して非常に良好に反応します。
さらに、励振が適切に適用されない場合、粉末は狭く深いチャネル内で詰まる可能性があります。超音波励振は、このようなチャネルを確実に洗浄することができ、既に発生している詰まりさえも除去することが可能です。以下のSolukonの顧客によって実施された比較テストは、狭く長いチャネルの洗浄における超音波技術の利点を示しています。
どのような具体的な適用事例がありますか？
Swiss m4m：医療部品のデパウダリング
SFM-AT350-Eは、特に医療分野において理想的なシステムであることが実証されています。この分野における典型的な用途には、表面に格子状構造を持つヒップカップが含まれます。このような寛骨臼カップは、脊椎インプラントや歯科用ツールとともに、医療および歯科産業のための技術移転センターであるSwiss m4m Centerでのビルドジョブの一部でした。
SFM-AT350-E内部の医療部品
超音波励振を備えたSFM-AT350-Eでは、ステンレス製の医療部品をわずか7.5分で洗浄することができました。
医療部品の超音波デパウダリング
The Exploration Company：ロケットエンジンのスラスタ燃焼室のデパウダリング
SFM-AT350-Eの超音波技術は、特に高い要求が求められる産業用デパウダリングにおいて、航空宇宙分野でもすでにその性能が実証されています。国際的な航空宇宙企業である「The Exploration Company」は、ロケット部品のデパウダリングにおいて、SolukonのSFM-AT350-Eによる超音波励振を採用しています。
このInconel（IN718）製の燃焼室は約15kgの重量があり、高さは約370mmで、内部構造は非常に複雑です。内部の複雑なチャネルは最大400mmの長さに達し、これらのチャネルの最小直径は1.5mmです。
The Exploration Companyによるスラスタ燃焼室
SFM-AT350-Eを使用することで、シニア・アディティブマニュファクチャリングエンジニアであるMaxi Strixnerが率いるチームは、この部品を快適に、かつ優しく、そして静かに洗浄することができました。ロケット燃焼室の的確な洗浄のために、チームはこの部品専用に作成された洗浄プログラムを実行しました。約30分後、この部品は正常に洗浄されました。
スラスタ燃焼室の超音波デパウダリング
「Solukonの超音波デパウダリングシステムは、私たちの小規模な作業環境にとってゲームチェンジャーとなりました。静かな設計により、作業スペースのすぐ隣で稼働させても全く支障がない点が大きな利点です。プログラムと併用することで手作業を大幅に削減でき、常に安定したクリーンな結果を得ることができます。これらすべてが実際の時間とコストの削減につながり、この投資は非常に価値のあるものとなりました」と、The Exploration CompanyのAdditive Manufacturing EngineerであるBoris Schaffは述べています。
粉末除去ツールボックスにおける新たなツールとしての超音波技術
これらの事例が示すように、SFM-AT350-Eの超音波技術はすでに市場においてその有効性を証明しています。しかしながら、EバージョンはSFM-AT350の空気圧励振による標準的なデパウダリング技術を置き換えるものでは決してありません。むしろ、超音波励振は自動デパウダリングのツールボックスにおける追加的な手段の一つです。
