溶融堆積モデリング製品の表面粗さに対する CNC 加工の影響

2022年7月15日 マイタオ コメントを残す

溶融堆積モデリング (FDM) は、溶けたプラスチック フィラメントを使用してオブジェクトを層ごとに構築する 3D プリンティング テクノロジーです。 FDM 部品は通常、ABS、PLA、PC などの熱可塑性材料で作られています。

オブジェクトを印刷したら、研磨、塗装、機械加工などのさまざまな方法を使用して仕上げることができます。 CNC 機械加工は、FDM 部品を仕上げる最も一般的な方法の 1 つです。

これには、コンピューター制御の切削工具を使用して、目的の形状とサイズになるまでオブジェクトの表面から材料を除去することが含まれます。

溶融堆積モデリング (FDM) では、溶解したプラスチックの層が、事前に決定されたパターンでビルド プレート上に堆積されます。

層が冷却して固化すると、ビルド プレートが下降され、その上に別の層が堆積されます。 目的のアイテムが完成するまで、このプロセスが繰り返されます。

FDM の課題の 1 つは、堆積プロセスにより、表面粗さと呼ばれる表面の凹凸が生じる可能性があることです。 CNC 機械加工を使用すると、これらの凹凸を滑らかにし、FDM 部品の表面仕上げを改善できます。

ほとんどの場合、CNC 加工にはフライス加工または旋削加工が含まれます。 フライス加工プロセスでは、回転切削工具を使用して部品から材料を除去します。

旋削加工では回転切削工具も使用しますが、この場合、工具は静止したまま部品が回転します。

これらのプロセスは両方とも、表面粗さの点で優れた結果を得ることができます。 一般に、CNC 機械加工は、FDM 部品の表面仕上げを改善する効果的な方法です。

ただし、CNC 加工は適切に実行されないと、表面に新たな凹凸が生じる可能性があることに注意してください。

これは、CNC マシンによって生成されたツールパスにより、部品の表面に小さな「谷」が作成される可能性があるためです。 これらの谷の深さは通常、わずか数ミクロンですが、肉眼でも見ることができます。

場合によっては、部品の機能に影響を与えることもあります。 たとえば、バルブシートの表面が粗い場合、適切にシールできない可能性があります。

さらに、CNC 加工プロセスによって発生する熱により、プラスチックが反ったり歪んだりして、表面粗さにさらに影響を与える可能性があります。

そのため、この方法を使用して部品を製造する前に、CNC 加工が表面粗さに及ぼす影響を慎重に検討することが重要です。

ほとんどの場合、従来の機械加工方法では、より滑らかな表面仕上げが得られます。 または、望ましい結果が確実に得られるように、経験豊富な機械工と協力することが重要です。

FDM は、フィラメントを加熱し、ノズルから押し出して層を作成することで機能します。 目的のオブジェクトが作成されるまで、このプロセスが繰り返されます。 CNC 加工による表面粗さへの影響を最小限に抑える方法がいくつかあります。

1 つの方法は、オブジェクトを加工するときに低速の切削速度を使用することです。 これは、表面に欠陥が形成されるのを防ぐのに役立ちます。

CNC 加工を実行する場合、切削工具の速度は完成品の品質に直接影響します。

切削速度が高すぎる場合、またはカッターの動きが速すぎる場合、工具の跳ね返りやビビリが発生し、材料の表面に小さな凹凸が生じる可能性があります。

オブジェクトがプラスチックなどの柔らかい素材で作られている場合、これらの凹凸はさらに大きくなり、表面の仕上げが粗くなります。

切削速度を下げることで、これらの技術による面粗さへの影響を最小限に抑えることができます。 これにより、オブジェクトがより滑らかに仕上がります。 さらに、低速の切断速度を使用すると、カッターの寿命を延ばすこともできます。

そのため、CNC 機械で物体を加工する場合は、より低い切削速度を使用することをお勧めします。

もう 1 つの方法は、プラスチックの加工用に特別に設計された高品質の切削工具を使用することです。

プラスチックの加工に関しては、表面粗さに影響を与える可能性のある要因がいくつかあります。 最も重要なことの 1 つは、使用される切削工具の種類です。

プラスチック加工専用に設計された高品質の切削工具は、通常、汎用工具よりもはるかに滑らかな仕上げを実現します。

さらに、材料をえぐったり引き裂いたりしないように、速度と送り速度を注意深く制御する必要があります。 適切なケアと細部への注意を払えば、比較的柔らかいプラスチックであっても、CNC 加工で非常に滑らかな表面を作り出すことが可能です。

最後に、加工プロセスが完了した後、対象物が適切に冷却されていることを確認することも重要です。 こうすることでプラスチックの反りや歪みを防ぐことができます。 これらのヒントに従うことで、CNC 加工された FDM 部品を滑らかに仕上げることができます。

FDM は試作や少量生産によく使用されますが、表面仕上げの高い最終部品の製造にも使用できます。 FDM で表面仕上げを改善するためのヒントをいくつか紹介します。

FDM で高い表面仕上げを達成するための最も重要な要素の 1 つは層の厚さです。 層が薄いほど、表面はより滑らかになります。 ただし、薄いレイヤーの場合は印刷に時間と手間がかかるため、ニーズに合ったバランスを見つけることが重要です。

表面仕上げに影響を与えるもう 1 つの要因は、充填率です。 充填率が低いと表面はより滑らかになりますが、パーツが弱くなります。 繰り返しになりますが、ニーズを満たすバランスを見つけることが重要です。

最後に、使用するプラスチック フィラメントの種類も表面仕上げに影響を与える可能性があります。 一部のプラスチックは他のプラスチックよりも反りやすく、完成品の表面に欠陥が生じる可能性があります。 さまざまなフィラメントを試して、希望の結果が得られるフィラメントを見つけてください。

これらのヒントに従うことで、溶融を使用して表面仕上げの高い部品を製造できます。

この研究では、CNC 加工により FDM 製品の表面粗さを効果的に改善できると結論付けています。 ただし、最良の結果を得るために加工パラメータとプロセス条件を最適化するには、さらなる研究が必要です。

さらに、製造方法を選択する際には、表面粗さと他の材料特性とのトレードオフを考慮することが重要です。

積層造形の人気が高まるにつれ、FDM 製品の表面粗さに関する研究の必要性は今後も高まり続けるでしょう。

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