CEAD
3Dプリンターによる金型製作：産業用3Dプリンターによる金型製作の4つの実例
アディティブ・マニュファクチャリングは、最終用途の部品を直接製造するための強力な技術として説明されることが多いが、もう1つの最も変革的な価値は、より優れたツーリングを可能にする方法にある。この文脈では、ツーリングとは、マスターやプラグから金型、トリムやドリル治具、組み立て治具、ハンドリング補助具に至るまで、メーカーが他の部品を製造するために使用するすべての専用機器を指す。
これらの工具は、複合材、金属鋳造、コンクリート製造の基礎を形成し、製造工程のいくつかの段階で使用することができる。これらの工具を使用することで、製造業者は部品の成形、位置決め、トリミング、穴あけを行うことができ、したがって、形状を定義し、精度を確保し、信頼性と再現性の高い生産を行うために重要な役割を果たします。
今日、大判積層造形（LFAM）は、これらのツールの製造方法を変えつつある。メーカーは、発泡スチロールを積み重ねたり、大きなビレットを機械加工したりする代わりに、最小限の仕上げしか必要としないニアネットシェイプのパターン、金型、治具を3Dプリントすることができます。その結果、リードタイムが短縮され、コストが下がり、取り扱いが軽くなり、材料のフットプリントが小さくなります。
ツーリングとは何か？
複合材料、鋳造、コンクリートなどの製造分野では、工程のいくつかの段階で金型が登場する。マスターやプラグは金型の形状を定義するために使用され、レイアップ金型、コンクリート型枠、RTM金型、真空成形金型は最終部品を成形するために使用される金型の例であり、固定具や治具はトリミング、穴あけ、組み立て、輸送をサポートします。
コンポジット・ツールチェーンには通常、以下のステップが含まれる：
- マスターまたはプラグが作成される。
- プラグは金型を作るために使われる。
- 部品にトリミングが必要な場合は、トリム治具を製作する。
- 必要に応じて、ドリル／組立治具を製作する。
- 輸送用には、輸送用治具を製造することができる。
どのような市場や分野でツーリングが使われているのか？
ツーリングの概念は、さまざまな分野で活用されている。複雑な形状や反復可能な配置が要求されるあらゆる場所で、ツーリングは生産工程を最適化することができます。
工具が使用される代表的な分野には、以下のようなものがある：
- 航空宇宙：フェアリング、インテリアパネル、ダクト
- 自動車とレースRTMボディパネル、ブラケット、アセンブリ
- 海事：船体、デッキ、ナセル、フェアリング
- テーマパークと建築：景観要素、複雑なコンクリートフォーム
- 施工：型枠、ファサードパネル、特注クラッディング
フレックスボットでのCNCフライス加工
金型の大判積層造形
3Dプリント金型には、熱可塑性プラスチック、複合材料、金属など、さまざまな材料を使用できます。それぞれ、用途に応じて特有の利点があります。しかし、熱可塑性プラスチックベースの材料は、多くの場合、大規模なツーリングのための最も効率的で、費用対効果が高く、汎用性の高い選択肢です。熱可塑性プラスチックは、強度、加工性、重量のバランスに優れ、リサイクル可能で加工も容易です。
LFAMは、金型を製造し使用するスピードを変えます。発泡スチロールを積層したり、ビレットを何週間も彫り込んだりする代わりに、ネットシェイプに近い形に印刷し、厳しい公差を必要とする機能面だけを機械加工することができます。
従来の製造方法の代わりにLFAMを使用するようにシフトすることで、スケジュールを数ヶ月から数週間あるいはそれ以上に短縮し、材料の除去や手作業を最小限に抑えることでコストを削減し、内部強度を向上させるシェル＆リブ構造を含む最適化された設計により、取り扱いが簡単で安全な、より軽量な工具を提供する。
金型とツーリングの積層造形は、コストとタイミングの節約に加えて、設計上の重要な利点を提供します。形状はレイヤーごとに構築されるため、補強リブ、バキュームチャンネル、トリムライン、データムパッド、リフトポイントなどの機能を設計に直接組み込むことができます。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の設計を組み合わせることにより、後処理工程が削減されます。
LFAMのもう一つの利点は、この技術のデジタルな側面にある。金型設計とデータをデジタル在庫として保存することで、この技術では物理的な金型を30～40年間倉庫に保管する必要がなくなる。LFAMで製造された金型が不要になった場合、シュレッダーでペレットに戻すだけで、必要なときに部品を再び印刷することができる。
3Dプリンターによる金型製作：ケーススタディ
TMSがCEADの大判積層造形（LFAM）とハイブリッド仕上げを用いて、どのように大型複合材トリミング治具を製造したかをご覧ください。チームは、手作業で作られた手間のかかる工具から、CNCで仕上げられたニアネットシェイプのプリント治具に移行し、リードタイムを短縮し、手作業を減らし、現場での取り扱いを簡素化しました。
3Dプリント金型の用途
Flexbot/Flexcubeを使用してネットシェイプに近い形状を印刷し、公差が必要な部分のみを加工し、バキュームチャンネルやトリムラインなどの機能を最初から組み込んでいます。
トリム＆ドリル治具からハンドレイアップ金型まで、各例は異なる目的を強調しています。それぞれ、リードタイム、コスト、ハンドリングにおいて測定可能な利益があります。プロジェクトごとの技術的な詳細については、クリックしてご覧ください。
1.トリミング治具
JEC 2025では、複合材トリミング治具をライブプリントし、完全なハイブリッドワークフローを実演しました。ツールパスストラテジーはAdaxisで準備され、スタート/ストップトランジションとビードコントロールを意図的に紹介しました。フィクスチャーは14時間でプリントされ、その後、そのまま後処理に移った。
Flexcube（ガントリー）またはFlexbot（ロボット）です。私たちは、トリムラインとバキュームチャンネルをすでにプリントに設計して、重要な面のみをフライス加工しました。CEADアプリケーションエンジニアのアンドリューが、以下のビデオで造形と仕上げのステップを説明しています。
2.トリミングと穴あけ治具
AESとのパートナーシップにより、CEADはFlexbotで複合材のトリミング治具をプリントし、ハイブリッド仕上げで完成させました。ニアネットシェイプまで15時間かけて製作し、その後6時間かけてCNCフライス加工を施し、表面のデータムとロケーターパッドを作りました。
エアテックのT-100GF素材は、ガラス繊維強化PET-Gである。これは、トリミング・サイクルを繰り返すのに適した、剛性が高く機械加工が可能な構造に貢献した。
最初からアディティブ用に設計されたこの治具は、バキュームチャンネル、トリムライン、リフト/ハンドリング機能をプリントに統合しています。生産では、複合材部品が治具上に配置され、ロボットでトリミングされるため、最小限の手作業で正確で再現性の高いエッジが得られます。
3.ハンドレイアップ・シリコンバッグ
Fiberbus社とのコラボレーションにより、CEADはFlexbotとプリント・アンド・ミルのハイブリッドワークフローを使用してハンドレイアップ金型を製作しました。セルは、造形中、完全に自律的に動作し、その後、重要な表面についてはCNCに移行しました。
印刷とフライス加工の全工程に要した時間は約20時間。使用された素材はポリメーカーのガラス繊維強化PET-Gで、ハンドレイアップを繰り返すのに必要な剛性、寸法安定性、クリーンな加工性を備えている。
4.複合シェル用トリミングツール
トリミング治具へのLFAMのもう一つの興味深い応用は英国で見られる。Total Machining Solutions社（TMS社）は、CEAD社のペレット押出機を使用して複合トリミング治具を製作した。ツールパスは、ビード幅、スタート/ストップ管理、造形速度のバランスをとるためにAdaxisで準備され、重要な面のためにCNCに直接移行するニアネットシェイプの治具を印刷した。
この治具は最初からアディティブ用に設計されていたため、トリムラインとバキュームチャンネルはすでにプリントに組み込まれており、手作業を最小限に抑え、全体のスケジュールを短縮することができた。
3Dプリント金型用FlexbotとFlexcube
CEADの大判積層造形ソリューションであるFlexbot（ロボットベース）とFlexcube（ガントリーベース）は、モジュール式でアップグレード可能なセルとして構築されています。このアーキテクチャーは、高速性を重視した設計-高堆積ペレット供給LFAMと、公差と表面品質が重要な統合CNC仕上げによるハイブリッドです。
中核にはCNCコントローラが配置されているため、機械工は精密で堅牢なモーションコントロールで使い慣れたワークフローに移行することができます。マルチセル展開では、システムはフリートアウェアであり、シフトや拠点間で一貫したプロセスのためにジョブやデータを共有し、オンボードと継続的な最適化のためのグローバルアプリケーションサポートに支えられています。
窒化処理されたバレルは摩耗に強く、短繊維の熱可塑性樹脂複合材料の信頼性の高い加工を可能にする。これにより、バイオベースブレンド（セルロース繊維入りPLAやPPなど）から、ガラス繊維入りコモディティ・ステープル（PP/ABS/ASA/PET/PC）、そして要求の厳しい工具や治具用のハイエンド・エンジニアリング・グレード（炭素繊維入りPEEK/PESU/PPS）まで、幅広い材料ウィンドウが開かれます。
ガントリー式とロボット式の大規模3Dプリント
ガントリーとロボットベースのLFAMソリューションの特性は、これらのマシンの特定の利点を決定します。設計の自由度から精度の向上まで、ガントリ式とロボット式の大規模3Dプリントの違いをご覧ください。
3Dプリンティング・ツールを始めよう
リードタイムを短縮し、手作業を削減する準備ができている場合、私たちのチームは、お客様のニーズに合わせたLFAMソリューションのスコープ、具体化、および配信を支援することができます。当社のエンジニアにメッセージを送り、積層造形の旅を始めましょう。
