板金加工におけるCAD/CAMの役割
板金部品の設計と製造が、煩雑でミスの起こりやすいプロセスから、シームレスで効率的なオペレーションに変わることを想像してみてほしい。この記事では、CAD/CAM技術の強力な役割について掘り下げる...
身近な金属製品がどのようにして形作られているのか、不思議に思ったことはないだろうか。この記事では、鍛造や圧延のような伝統的な方法から、金属射出成形や選択的レーザー溶融のような現代の革新的な方法まで、金属成形に使用される26の高度な技術を紹介します。これらの多様なプロセスを探求することで、未加工の金属がどのように精密で耐久性のある部品に生まれ変わり、産業や日常生活に力を与えているのかを知ることができます。金属成形の魅力的な世界と、現代世界を形作る技術を発見してください。
ダイカストは、精密に設計された金型キャビティを利用して溶融金属に高圧を加える高度な金属成形プロセスであり、その結果、ネットシェイプに近い複雑な部品が生まれます。金型は通常、H13やP20などの高強度工具鋼で作られ、極端な温度と圧力に耐えるように設計されている。これらの金型は射出成形で使用されるものと類似しているが、金属加工条件に合わせて最適化されている。
このプロセスは、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム合金などの液体金属を、5,000～30,000 psiの圧力で金型キャビティに注入することから始まります。この高圧射出は、金属の密度と機械的特性を向上させると同時に、複雑な細部や薄肉部の優れた充填を保証します。加圧下での急速な凝固により、微細な組織が形成され、最終製品の強度と寸法安定性が向上します。
現代のダイカスト製造には、金型温度制御のためのリアルタイムの熱画像、気孔率を最小化するための真空支援システム、正確な金属注入のためのコンピューター制御のショットスリーブなどの先進技術が組み込まれていることが多い。これらの技術革新は、部品品質の向上、サイクルタイムの短縮、プロセス効率の向上に貢献し、ダイカストを自動車から家電まで幅広い産業における複雑な金属部品の大量生産に適した方法にしています。
砂型鋳造は、特別に準備された砂を使用して鋳型を作成することを含む、汎用性が高く、広く使用されている金属成形プロセスです。この工程は、通常、木、金属、またはプラスチックで作られた目的の部品のレプリカである型紙から始まり、この型紙を使って鋳型の空洞を形成します。このパターンは、フラスコと呼ばれる2つの部分からなる成形ボックスに入れられ、凝集性と成形性を向上させるために結合剤と混合された砂で充填される。
型抜きとその後の鋳造を容易にするため、鋳型は少なくとも2つのセクションに分かれて作られる。コープと呼ばれる上部と、ドラグと呼ばれる下部は、パーティングラインに沿って分離されます。鋳型を組み立てる前に、湯口、スプルー、湯道、湯口などの砂型にゲートシステムが組み込まれる。これらの流路は、溶融金属を鋳型キャビティに導く。さらに、凝固中の金属の収縮を補うためにライザーが追加され、最終鋳造品の欠陥を防ぐためにガスを逃がすベントが作られる。
金型が準備されると、溶融金属がゲートシステムを通してキャビティに注入される。この工程は、部品のサイズや複雑さ、使用する金属合金によって時間が異なります。凝固後、砂型を砕いて鋳造品を取り出しますが、これはシェイクアウトと呼ばれる工程です。鋳造された部品は、その後、ゲートシステムから余分な材料を除去したり、ショットブラストで残留砂を除去したり、熱処理で機械的特性を高めたりする洗浄が行われます。
砂型鋳造には、複雑な形状を鋳造できること、小さな部品から巨大な工業部品まで幅広い部品サイズに対応できること、さまざまな金属合金に柔軟に対応できることなど、いくつかの利点があります。しかし、鋳造のたびに新しい砂型が必要になるため、大量生産では生産効率に影響する可能性があることに注意が必要です。3Dプリント砂型やコンピューターシミュレーションによる鋳型の充填・凝固など、砂型鋳造技術における現代の進歩は、この伝統的な金属加工プロセスの精度と効率を向上させ続けている。
ロストワックス鋳造としても知られるインベストメント鋳造は、精密な製造工程であり、パターン作成、シェル構築、脱蝋、鋳造、仕上げという重要な工程を含む。
このプロセスは、希望する部品の高精度ワックスまたは樹脂パターンの作成から始まります。次に、このパターンをセラミックスラリーに何度も浸し、微細な耐火性粒子でコーティングして堅牢なセラミック・シェルを作り上げます。各層は次の塗布の前に乾燥させられ、多層金型が作られます。
セラミック・シェルが必要な厚さに達すると、脱ワックス工程が行われます。型はスチームオートクレーブまたはフラッシュファイアオーブンに入れられ、ワックスが溶けて指定のゲートから排出され、元のパターンの形状を完全に再現した中空のセラミックシェルが残る。
空のセラミック鋳型は、残留水分を除去し、熱衝撃を最小限に抑えるため、特定の温度まで予熱されます。次に、溶融金属（通常、高性能用途向けの鋼、アルミニウム、または超合金の合金）が、ゲートシステムを通して加熱されたセラミック型に流し込まれます。金属は複雑な空洞を埋め、元のパターンの細部を忠実に再現します。
凝固と冷却の後、セラミック・シェルは機械的振動や高圧水噴射によって除去され、鋳造部品が現れます。最終的な作業には、ゲートシステムの切断、機械的特性を最適化するための熱処理、必要な寸法精度と表面品質を達成するための研削や研磨などの表面仕上げ技術が含まれます。
インベストメント鋳造は、複雑な形状、薄肉構造、厳しい公差を必要とする部品の製造に優れており、航空宇宙、医療、高性能自動車用途に最適です。このプロセスは、幅広い合金の鋳造を可能にし、優れた表面仕上げを提供することで、大規模な機械加工の必要性を低減します。
金型鍛造は、特殊な金型と鍛造装置を利用して金属ブランクを複雑な高強度部品に成形する精密金属成形プロセスです。この方法は、他の製造プロセスと比較して、優れた機械的特性、改善された結晶粒の流れ、およびニアネットシェイプ機能を提供します。金型鍛造は、使用される装置によっていくつかのカテゴリーに分類することができる：
ロール鍛造は、型鍛造の特殊なサブセットであり、ワークピースを塑性変形させるために対向して回転する一対の金型を使用する連続回転鍛造プロセスである。この方法は、車軸、シャフト、コネクティングロッドなどの細長い対称部品の製造に特に効果的です。ロール鍛造にはいくつかの利点があります：
鍛造は、金属を塑性変形させるために圧縮力を使用する高度な金属成形プロセスであり、通常は高温で行われ、強化された機械的特性を持つ所望の形状を実現します。このプロセスには、油圧プレスなどの特殊な装置が使用されます、 機械プレス加熱された金属ビレットやプリフォームに、制御された圧力を加えるためのハンマー。
鍛造工程は、開放型鍛造、密閉型鍛造、精密鍛造などいくつかのタイプに分類することができ、それぞれ異なる用途や生産量に適しています。鍛造中、金属は結晶粒の微細化や整列を含む著しい組織変化を受け、強度、靭性、耐疲労性の向上に寄与する。
鍛造の主な利点のひとつは、鋳造材料にありがちな気孔や収縮空洞などの内部欠陥を排除できることである。このプロセスにより、部品の輪郭に沿った良好なグレインフローパターンが誘導され、連続した切れ目のない繊維構造になります。この特性により、鍛造部品の機械的特性が大幅に向上し、強度対重量比や全体的な性能の面で鋳造部品や機械加工部品よりも優れています。
鍛造部品は、航空宇宙、自動車、石油・ガス、重機など、さまざまな業界の重要な用途で広く使用されています。クランクシャフト、コネクティングロッド、タービンディスク、航空機用ランディングギア部品などの部品は、その厳しい動作要件のため、一般的に鍛造されています。鍛造プロセスは、高い応力、衝撃、または疲労荷重を受ける部品に特に有用であり、改善された結晶粒構造と機械的特性が信頼性と安全性に不可欠です。
鍛造には多くの利点がありますが、このプロセスには多額の初期金型投資が必要であり、中規模から大規模の生産量に対して最も経済的であることに注意することが重要です。より単純な形状や生産量が少ない場合は、鋳造、機械加工、高度な積層造形技術などの代替製造方法が適している場合があります。
圧延は、ある文脈ではカレンダー加工とも呼ばれ、回転する一対のローラーを利用して金属ワークピースの厚みを減少させると同時に、その長さを増加させ、微細構造を修正する基本的な金属成形プロセスです。この汎用性の高い技術は、その効率性、精度、幅広い製品を生産する能力により、金属加工業界で広く採用されている。
このプロセスは、変形中の金属の温度によって大きく2種類に分類できる：
圧延は、現代の製造業で最も広く使用されている金属加工方法で、生産される全金属の90%以上を占めています。その広範な採用は、いくつかの要因によるものです：
高圧ダイカスト（HPDC）としても知られる圧力鋳造は、急速な金型充填と高圧凝固を組み合わせた高度な金属成形プロセスです。この技術では、溶融または半凝固の金属合金を、再利用可能な鋼鉄製の金型（ダイ）に高速かつ高圧で注入します。このプロセスの特徴は、寸法精度と表面仕上げに優れた、複雑なニアネットシェイプの部品を製造できることです。
この方法では、液体金属（通常はアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、または銅合金）が、合金と部品の形状に応じて、10～200MPa（1,450～29,000psi）の範囲の圧力で金型キャビティに押し込まれます。しばしば40m/s（130フィート/秒）を超える高速射出により、凝固が始まる前に複雑な金型の細部まで完全に充填されます。一旦充填されると、金属は凝固プロセスを通じて持続的な圧力下に保持され、その時間はミリ秒から数秒に及ぶことがあります。
この急速充填と加圧凝固の組み合わせは、いくつかの重要な利点をもたらす：
圧力鋳造は、エンジンブロック、トランスミッションケース、構造フレームなどの部品を製造するために、自動車、航空宇宙、家電産業で広く使用されています。この分野での最近の進歩には、さらに高品質の鋳物を作るための真空アシストHPDCや、材料特性を向上させるためのセミソリッドメタル（SSM）鋳造技術があります。
低圧鋳造は、制御された低圧条件下で溶融金属を精密鋳型に充填する高度な金属成形プロセスである。この方法では、通常0.3～1.5バールのガス圧を利用して、加圧された炉から金型キャビティ内に液体金属を押し上げます。
もともとアルミニウム合金鋳物用に開発された低圧鋳造は、その後、銅合金などの高融点金属、鋳鉄、さまざまなグレードの鋼など、より幅広い材料に対応できるように進化してきました。この拡張は、炉技術と金型設計の進歩によって促進され、より優れた温度制御とガス圧制御の改善が可能になった。
低圧鋳造の主な利点は以下の通り：
このプロセスは、ホイール、シリンダーヘッド、エンジンブロックなどの自動車部品や、高い完全性と一貫した機械的特性を必要とする工業用ポンプハウジングや航空宇宙部品の製造に特に適している。
遠心鋳造は、溶融金属を高速回転する鋳型に導入する動的な金属成形プロセスです。回転によって発生する遠心力（鋳型の直径と合金の特性によって異なりますが、通常毎分300～3000回転）により、液体金属が鋳型の壁に対して外側に押し出され、気孔の少ない均一で緻密な鋳物が形成されます。
遠心鋳造の金型選択は非常に重要であり、いくつかの要因によって異なる：
カビの種類は以下の通り：
ロストフォーム鋳造は、蒸発パターン鋳造としても知られ、精度と設計の柔軟性を兼ね備えた高度な金属鋳造プロセスです。この技法では、希望する最終鋳造品に似たサイズと形状の発泡ポリスチレン（EPS）発泡パターンを、耐火性スラリーでコーティングして使用します。複数の発泡パターンをワックスゲートとランナーで組み立ててクラスターを形成し、生産効率を高めることができる。
このプロセスは、発泡パターンクラスターにセラミックスラリーをコーティングし、乾燥させることから始まる。この耐火性コーティングは、金属注入時のキャビティ形状を維持し、表面仕上げを向上させるために非常に重要である。その後、コーティングされたクラスターを慎重にフラスコに入れ、その周囲を結合していない細粒の珪砂で囲み、振動で圧縮して適切な支持と浸透性を確保します。
鋳造中、溶融金属は、制御された真空条件下で鋳型に流し込まれる。金属が発泡パターンに接触すると、発泡体が気化（または「消失」）し、金属が空洞を正確に満たすための通路が形成されます。セラミック・コーティングは砂の浸食を防ぎ、浸透性の砂を通して気化した発泡体が逃げやすくします。
ロスト・フォーム・キャスティングには、いくつかの大きな利点がある：
直接押し出し鋳造は、液体ダイ鍛造としても知られ、鋳造と鍛造の側面を組み合わせた高度な金属成形プロセスです。この技術では、溶融金属または半固体合金を、開いた金型キャビティに直接注入します。一旦充填されると、金型は急速に閉じられ、複雑な流動パターンが誘発され、ワークピースの外側の輪郭が形成される。その後、高圧（通常50～200MPa）をかけ、凝固した外殻に塑性変形を生じさせると同時に、まだ液体のコアに強い静圧をかけます。この圧力下での二相凝固により、従来の鋳造法に比べて機械的特性が改善された微細な組織が得られます。
間接押出鋳造は、このプロセスの変形で、密閉された金型キャビティを利用する。この方法では、溶融金属または半固体合金が、特別に設計されたパンチまたはゲートシステムを通して注入される。密閉されたキャビティは、凝固プロセスと圧力分布をより正確に制御することができます。直接押出鋳造と同様に、凝固中に高い圧力がかかり、合金と部品の形状に応じて、通常100～300MPaの範囲になります。この圧力アシスト凝固により、気孔率が減少し、寸法精度が向上した均質な微細構造の形成が促進されます。
直接鋳造と間接鋳造のどちらの技術も、複雑で高性能な部品を製造する上でいくつかの利点があります：
連続鋳造は、溶融金属を半製品のビレット、ブルーム、スラブに凝固させ、その後の加工に利用する高度で高効率の金属成形プロセスです。この方法では、一方の端で水冷された銅製の鋳型（晶析装置）に液体金属が連続的に注がれ、同時にもう一方の端から溶融金属の流入に見合った速度で凝固した製品が引き抜かれます。
この工程は、取鍋からタンディッシュに溶融金属を流し込むことから始まります。タンディッシュから金属は水冷された銅型に流れ込み、そこで初期凝固が起こります。部分的に凝固したストランドが引き抜かれるとき、一連の水スプレーとローラーのセクションを通過し、凝固の プロセスが完了し、製品の形状がコントロールされます。
この方法は、従来のインゴット鋳造に比べていくつかの利点がある：
連続鋳造は鉄鋼業で広く使用されており、アルミニウム、銅、亜鉛などの非鉄金属の生産にも応用されている。最近の技術的進歩には、微細組織制御を改善するための電磁攪拌、ニアネットシェイプ鋳造のためのインライン圧延、リアルタイムのプロセス最適化のための高度なセンサーとAIの使用などがある。
冷間押出とも呼ばれる冷間引抜は、金属ワークピースの前端に引張力を加え、最初のビレットよりも断面積の小さいダイスを通して引き抜く金属成形プロセスである。この作業は通常、室温または材料の再結晶点よりわずかに高い温度で行われるため、"冷間 "と呼ばれる。
このプロセスは金属に塑性変形を引き起こし、その結果、次のような結果をもたらす：
冷間伸線は、ワイヤー、バー、チューブ、形材など様々な製品の製造に広く使用されています。この製法にはいくつかの利点がある：
しかし、このプロセスは、材料の延性と1回のパスで達成可能な削減量によって制限される。大幅な減肉を行うには複数回の絞り加工が必要で、加工性を回復させるために中間焼鈍を行うことも多い。
プレスとも呼ばれるスタンピングは、平らなシートメタル、ストリップ、パイプ、またはプロファイルを、制御された変形または分離によって希望の形状やサイズに変形させる多用途の金属成形プロセスです。この工程では、プレス機械に取り付けたパンチやダイなどの専用工具を組み合わせて使用し、ワークピースに正確な外力を加えます。
プレス加工は大きく2種類に分類される：
1.塑性変形：これは、材料を分離することなく金属を再形成することを含む。手法には以下が含まれる：
2.分離：材料を切断または剪断する。一般的な方法は以下の通り：
スタンピングの有効性は、材料特性、金型設計、プレス能力、プロセスパラメータなどの要因を慎重に考慮することに依存しています。最新のスタンピング加工では、多くの場合、コンピュータ支援設計（CAD）とシミュレーション・ソフトウェアが組み込まれており、金型形状とプロセス・パラメーターを最適化し、高精度と再現性を保証しています。
スタンピングには、金属加工において以下のような利点がある：
業界のトレンドが進化するにつれて、高強度材料、サーボ駆動プレス、リアルタイムの工程監視と品質管理のための金型内センシングなどの開発により、スタンピング技術は進歩し続けている。
金属射出成形（MIM）は、プラスチック射出成形の汎用性と金属の優れた機械的特性を組み合わせた高度な粉末冶金技術です。このニアネットシェイプ製造プロセスは、プラスチック射出成形業界から発展し、複雑で高精度の金属部品を大量に生産するためのコスト効率の高いソリューションを提供しています。
MIMでは、微細な金属粉（通常20ミクロン以下）を熱可塑性バインダーと混合して原料を作る。この原料は、従来のプラスチック射出成形と同様に、高圧下で金型キャビティに射出される。しかし、プラスチック射出成形とは異なり、MIMは鍛造金属に匹敵する機械的特性を持つ部品を製造する。
このプロセスには4つの重要な段階がある：
最近のMIM技術の進歩は、原料中の固体粒子含有量を最大化することに重点を置いており、体積比で65%に達する配合もあります。このような高い金属担持量は、正確なバインダー除去と制御された焼結と組み合わされ、最終的に理論密度の97%を超える密度を持つ部品となり、気孔率を最小限に抑え、機械的特性を向上させます。
MIMは、小型で複雑な部品（通常0.1～100グラム）を厳しい公差で製造することに優れており、自動車、航空宇宙、医療機器、家電製品などの産業に理想的です。このプロセスは、従来の製造方法に比べて、以下のような大きな利点がある：
技術が進化を続ける中、研究者たちは金属射出成形の能力と用途をさらに拡大するために、新しい合金系、改良されたバインダー配合、強化された焼結技術を探求している。
旋盤加工は、旋盤を使用して回転するワークから材料を除去し、高精度の円筒状部品を作成する基本的な機械加工プロセスです。この汎用性の高い方法は、単純なシャフトから複雑な輪郭の表面まで、さまざまな部品の製造に不可欠です。
旋盤加工では、被加工物はチャックまたはセンター間に固定され、高速で回転する。切削工具（一般的には一点工具）は、回転軸に沿って直線的に移動し、材料を除去して所望の形状と寸法を実現する。主な切削運動はワークの回転によって行われ、送り運動は工具の直線運動によって行われる。
旋盤は、その多用途性と効率性により、多くの機械工場の要となっています。旋盤は、以下のような幅広い回転部品の製造に優れています：
最新のCNC（コンピュータ数値制御）旋盤は、旋盤加工の能力を大幅に拡張し、複雑な形状、厳しい公差、高い再現性を可能にしました。これらの機械は、1回のセットアップで以下のような複数の加工を行うことができる：
旋削加工に使用される切削工具は、通常、被削材の材質や所望の仕上げ面に応じて、高速度鋼（HSS）、超硬合金、セラミックなどの材料から作られている。すくい角、逃げ角、ノーズ半径などの工具形状は、最適な切削性能と表面品質を達成する上で重要な役割を果たします。
旋盤加工は、高精度の回転部品を効率的に生産できる点で特に有利である。寸法精度、仕上げ面粗さ、材料除去率に優れています。しかし、切削速度、送り速度、切り込み深さ、クーラント塗布などの要因を考慮し、特定の材料や形状に合わせてプロセスを最適化することが重要です。
製造技術の進歩に伴い、旋盤加工は、多軸ターニングセンター、ライブツーリング、他の加工プロセスとの統合などの技術革新によって進化し続け、現代の生産環境におけるその能力と効率をさらに高めている。
フライス加工は、回転カッターを使用してワークピースから材料を除去する多用途の減法的製造プロセスです。この工程では通常、ワークピース（ブランク）をテーブルに固定し、高速のフライスカッターがその表面を移動しながら材料を正確に除去し、希望の形状、特徴、表面仕上げを作り出します。
伝統的なフライス加工は、輪郭、溝、スロット、平坦面の加工に優れています。これらの加工は、フェースフライス加工（大きな平面加工用）とペリフェラルフライス加工（深い溝加工や歯車の歯切り加工用）に分類される。
コンピュータ数値制御(CNC)フライス盤は、フライス加工工程に革命をもたらし、複雑な三次元形状や複雑な形状を高精度で加工することを可能にした。これらの機械は、切削工具の動き、速度、送りを制御するためにプログラムされた命令を解釈し、再現性のある正確な結果を可能にします。
先進的なフライスおよび中ぐりマシニングセンタは、通常3軸から5軸構成までの多軸機能を備えています。これらの高度なシステムは、以下のような複雑な形状のコンポーネントの製造に優れています：
CNCフライス盤を選択する際には、その能力を十分に活用するためにいくつかの要素を考慮することが極めて重要である：
プレーニング加工は、一点支持の切削工具を使用し、水平で直線的な往復運動によってワークピースから材料を除去する精密加工法である。この加工は主に、機械ベッド、ガイドウェイ、構造部品など、大型で剛性の高い部品の平面、溝、スロットの輪郭加工に用いられる。プレーナー工具は、固定されたワークピース上を前進切削ストロークで移動し、その後に非切削の戻りストロークが続きます。
最新のプレーニングマシンは、ISO規格に基づくIT9からIT7の寸法公差を達成することができ、表面粗さ値は通常6.3から1.6μm Raの間である。達成可能な精度は、機械剛性、工具形状、切削パラメータ、被削材などの要因に依存する。より汎用性の高いCNCフライス盤の登場により、今日の製造業ではあまり見かけなくなったが、プレーニング加工は、特に大きく平らな面の加工が必要な重工業など、特定の用途では依然として価値がある。
プレーニングの主な利点は以下の通り：
しかし、非切削リターンストロークによる生産性の低さや、複雑な輪郭の加工が困難であるなどの制約から、現代の製造環境での使用は減少している。これらの制約にもかかわらず、プレーニングは、そのユニークな能力が有利な特定の特殊な用途において、ニッチな役割を果たし続けている。
研削は、砥粒を利用した精密な材料除去プロセスで、ワークピースの高品質な表面仕上げと厳しい寸法公差を実現します。この汎用性の高い加工方法は、一般的に砥石、ベルト、ディスクの形をした結合砥粒またはコーティング砥粒を使用し、制御された摩耗によって余分な材料を除去します。このプロセスの特徴は、金属、セラミック、複合材を含むさまざまな材料に対応できることで、さまざまな製造分野で不可欠なものとなっています。
金属加工において、研削には複数の目的がある：
研削の効果は、砥石の組成、回転速度、送り速度、クーラントの塗布など、いくつかの重要なパラメータによって決まります。高度なCNC研削盤は、これらの変数を正確に制御し、複雑な形状と自動化された生産サイクルを可能にします。さらに、立方晶窒化ホウ素(CBN)やダイヤモンド砥石のような超砥粒の最近の技術革新は、特に硬い材料や高精度のアプリケーションの研削性能を大幅に向上させています。
金属粉で満たされたタンクの中で、コンピューターによって制御された高出力炭酸ガスレーザーが金属の表面を選択的にスキャンする。レーザーが通過すると、金属の表面は完全に融合し、周囲の粉末はそのままの状態を保つ。このプロセスは不活性ガスで満たされたカプセル内で行われる。
選択的レーザー溶融
微細な金属粉末で満たされた精密に制御された造形チャンバー内で、高度なコンピューターシステムによって誘導された高出力ファイバーレーザー（通常はYbファイバーまたはNd:YAG）が、粉末ベッド表面を選択的にスキャンします。レーザーの強力なエネルギーが経路上の金属粒子を急速に溶融・融合させ、3Dモデルの断面に沿ったソリッド層を形成します。周囲の粉末は影響を受けず、後続の層の支持体として機能します。このレイヤーごとのプロセスは、不活性雰囲気（通常はアルゴンまたは窒素）内で行われ、酸化を防ぎ、最適な材料特性を確保します。造形プラットフォームは、通常20～100ミクロンずつ段階的に下がり、新しい粉末層の堆積と造形プロセスの継続を可能にする。SLMは、内部形状、最適化されたトポロジー、および機能的に等級分けされた材料を持つ複雑な形状の製造を可能にし、航空宇宙、医療、および高性能エンジニアリング・アプリケーションにおける設計の可能性に革命をもたらす。
レーザー金属蒸着（LMD）または指向性エネルギー蒸着（DED）として知られるこの高度な付加製造プロセスは、原料として金属粉末を利用する。従来のスクイズ鋳造とは異なり、LMDは金属粉末を正確に射出すると同時に高出力のレーザービームを照射する高度なノズルシステムを採用している。レーザーは粉末粒子を飛行中に溶融させ、基板または以前に堆積させた層上に局所的な溶融プールを形成する。同時に、不活性ガスシールド（通常はアルゴンまたは窒素）がメルトプールを酸化から保護し、高品質の成膜を保証します。
LMDには、従来の製造方法にはない利点がいくつかある：
LMDの多用途性により、ラピッドプロトタイピングや少量生産から、タービンブレード、金型、ダイなどの高価値部品の修理まで、さまざまな用途に理想的なソリューションとなる。また、既存の部品に材料を堆積させることができるため、加法的プロセスと減法的プロセスを組み合わせて、最適な効率と設計の自由度を実現するハイブリッド製造の可能性も広がります。
ロール成形は、精密に設計された一連のローラーステーションを利用して、平らなステンレス鋼板またはコイルを複雑で均一な断面形状に徐々に成形する、非常に効率的な連続製造プロセスです。この製法は、一貫した断面を持つ長尺の直線部品の製造に特に有利です。
この工程は、まずステンレス鋼のコイルを、独立したフレームにそれぞれのシャフトを取り付けた回転工具ロールのシーケンスに通すことから始まる。これらのロールは、特定の順序で戦略的に配置され、後続の各ステーションが段階的に金属を最終形状に近づけて曲げます。必要なステーションの数は、希望す る形状の複雑さや成形するステンレス鋼の材 料特性によって異なる。
基本的なチャンネルやアングルのような単純な形状の場合は、3～4フレームで十分かもしれません。しかし、複数の曲げ、きつい半径、特殊な特徴など、より複雑な形状の場合は、材料の完全性や表面仕上げを損なうことなく、希望する形状を実現するために、最大36以上のフレームが必要になることがあります。段階的な成形プロセスにより、残留応力を最小限に抑え、厳しい公差を維持することができるため、ロール成形は、建設、自動車、航空宇宙など、さまざまな産業向けの高精度部品の製造に理想的です。
金型鍛造は精密な金属成形プロセスであり、特殊な装置を利用して、あらかじめ成形された金属ブランク（ビレット）を複雑なニアネットシェイプの部品に成形します。この工程では、一般的に高強度工具鋼で作られた金型を使用します。この金型は、高圧かつ制御された温度条件下で、ワークピースに特定の形状や特徴を付与するように設計されています。
この工程で生産される鍛造品は、卓越した寸法精度、最小限の機械加工代、複雑な形状を作り出す能力、高い生産効率によって区別される。熱と圧力の組み合わせにより、金属内の結晶粒の流れが改善され、その結果、強度、靭性、耐疲労性などの機械的特性が向上する。
型鍛造の主な利点は以下の通り：
型鍛造には多くの利点がありますが、特定の用途への適合性を評価する際には、初期金型費用、材料の選択、設計の複雑さなどの要素を考慮することが重要です。
この技術は、板金加工で広く使われている精密金属成形プロセスであるブランキングに分類される。
予備成形されたフィルムは、余分な材料を取り除くと同時に製品の複雑な3D形状を維持するために複合金型を使用するパンチプレスのオス型に慎重に配置される。この洗練された金型設計は、一回のストロークで複数の切断・成形作業を組み込んでおり、材料の最適な利用を保証し、厳しい公差を維持します。この工程により、金型キャビティとの正確な適合が保証され、その後の製造工程に欠かせないものとなります。
複合ダイは通常、戦略的に配置された一連のカッティングエッジ、成形パンチ、および圧力パッドで構成されています。プレスがサイクルすると、入念に振り付けら れた切断と成形のシーケンスが実行され、二次加工を最小限に抑 えた完成部品が得られます。このアプローチは、特に大量生産において、生産効率と部品の一貫性を大幅に向上させます。
ワークピースと金型部品の両方の材料選択は、材料の硬度、厚さ、成形性などの要因を考慮した上で、極めて重要である。特殊なコーティングを施した工具鋼のような高度な金型材料は、金型寿命を延ばし、長時間の生産でも切れ刃の鋭さを維持するために採用されることが多い。
この技術は、専用の抜き型を使用した精密ブランキング加工を指す。
薄膜パネルや線状材料はベースプレート上に正確に位置決めされ、カッティング・ダイは機械のテンプレート・モールドにしっかりと固定される。その後、機械は制御された力で刃を駆動し、あらかじめ定義された経路に沿って材料を効果的に剪断します。
従来の打ち抜き金型技術との主な違いは、優れた刃先品質である。カットされたエッジは、バリを最小限に抑え、材料の変形を低減し、際立って滑らかです。さらに、このプロセスでは切断圧力を微調整できるため、くぼみ、スコアライン、パーシャルカット（キスカット）など、さまざまな効果を高精度で作り出すことができます。
金型切断の多用途性は、複雑な形状や複雑なパターンを1回の作業で製造する能力にまで及び、生産効率を大幅に向上させる。この技術は、包装、電子機器、自動車産業で一般的に使用されるフィルム、箔、ラミネートなどの薄くて柔軟な材料の加工に特に適している。
この技術のもうひとつの大きな利点は、費用対効果にある。使用される金型は、従来の硬質金型に比べ、比較的安価に製造・維持できる。この側面は、素早い切り替え時間と相まって、このプロセスを様々な生産要件や小～中ロットサイズに高度に適応させる。
また、金型切断工程では、切断動作が機械内に完全に収められているため、オペレーターが鋭利な刃や可動部品にさらされることが少なく、安全性も向上しています。さらに、このプロセスの精密制御と再現性は、一貫した製品品質と材料の無駄の削減に貢献し、リーン生産の原則と持続可能性の目標に合致します。
MachineMFGの創設者として、私は10年以上のキャリアを金属加工業界に捧げてきました。豊富な経験により、板金加工、機械加工、機械工学、金属用工作機械の分野の専門家になることができました。私は常にこれらのテーマについて考え、読み、執筆し、常にこの分野の最前線にいようと努力しています。私の知識と専門知識をあなたのビジネスの財産にしてください。
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