デジタルモデリングと製造

デジタルモデリングとファブリケーションは、 3Dモデリングまたはコンピュータ支援設計（CAD）と積層造形および減算造形を組み合わせた設計および製造プロセスです。積層造形は3Dプリンティングとも呼ばれ、減算造形は機械加工とも呼ばれ、^[1]設計されたオブジェクトを物理的に製造するために他の多くの技術を利用できます。^[2]

デジタルで製作された物体は、 2Dベクター描画と3Dモデリングの両方を使用して、さまざまなCADソフトウェアパッケージで作成されます。3Dモデルの種類には、ワイヤーフレーム、ソリッド、サーフェス、メッシュがあります。デザインには、これらのモデルタイプが1つ以上あります。^[3]

製造には次の 3 つの機械が人気があります。

1. CNCルーター

2.レーザーカッター

3. 3Dプリンター

CNC は「コンピュータ数値制御」の略です。CNC ミルまたはルーターには、2D ベクター図面または 3D モデルを解釈し、この情報をG コードに変換する独自のソフトウェアが含まれています。G コードとは、特定の CNC 機能を英数字形式で表したもので、CNC ミルが解釈できます。G コードは、部品の製造に通常使用される動力付き機械装置である工作機械を駆動します。 ^[4] CNC マシンは軸の数によって分類され、3 軸、4 軸、5 軸のマシンが一般的で、産業用ロボットは最大 9 軸を持つと言われています。CNC マシンは、合板、プラスチック、発泡ボード、金属などの材料を高速でフライス加工するのに特に優れています。CNC マシンのベッドは通常、数インチの厚さのフォームを含む 4 フィート × 8 フィート (123 cm × 246 cm) の材料シートを切断できる大きさです。

レーザーカッターは、レーザーを使用して、チップボード、マットボード、フェルト、木材、アクリルなどの厚さ3/8インチ（1cm）までの材料を切断する機械です。レーザーカッターには、さまざまなCADソフトウェアプラットフォームで作成されたベクター図面を解釈するドライバーソフトウェアがバンドルされていることがよくあります。^[5]

レーザーカッターはレーザーヘッドの速度、レーザービームの強度と解像度を調整することができ、材料を切断したり刻み込んだり、ラスターグラフィックスを近似したりすることができます。^[6]

材料から切り出されたオブジェクトは、平らな部分の組み立てのみを必要とする物理モデルの製造に使用できます。

3D プリンターは、さまざまな方法と技術を使用して、デジタル オブジェクトの物理バージョンを組み立てます。通常、デスクトップ 3D プリンターは、小さなプラスチック製の 3D オブジェクトを作成できます。薄いプラスチック フィラメントのロールを使用してプラスチックを溶かし、正確に堆積させて冷却し、硬化させます。通常、3D オブジェクトは、非常に薄いプラスチックの水平層を多数重ねて下から上に向かって構築されます。このプロセスは、多くの場合、数時間かけて行われます。

熱溶解積層法は、熱溶解フィラメント造形法とも呼ばれ、3 軸ロボット システムを使用して、通常は熱可塑性プラスチックなどの材料を一度に 1 層ずつ薄い層状に押し出し、徐々に形状を構築します。この方法を使用するマシンの例としては、Dimension 768 や Ultimaker などがあります。

ステレオリソグラフィーでは、高強度光プロジェクター（通常は DLP 技術を使用）と感光性ポリマー樹脂を使用します。オブジェクトの輪郭を投影して 1 つの層を構築し、樹脂を固めて固体にします。次に、プリンターがオブジェクトを少し移動させて次の層の輪郭を投影します。この方法を使用するデバイスの例としては、Form-One プリンターや Os-RC Illios などがあります。

選択的レーザー焼結法では、レーザーを使用して、レーザーからの熱を加えることで融合できる微細粉末材料の層に物体の形状をトレースします。レーザーで 1 つの層をトレースした後、層と部分的に完成した部品を移動し、粉末材料の薄い層を広げて、このプロセスを繰り返します。使用される一般的な材料は、アルミナイド、スチール、ガラス、熱可塑性プラスチック (特にナイロン)、および特定のセラミックです。例として、Formiga P 110 や Eos EosINT P730 などがあります。

パウダー プリンターは SLS マシンと同様に動作し、通常はインクジェット プリントヘッドから供給される液体バインダーを塗布することで硬化、固化、または固体化できるパウダーを使用します。一般的な材料は、焼石膏、粘土、粉砂糖、木材充填剤の接着パテ、小麦粉で、これらは通常、水、アルコール、酢、またはそれらの組み合わせで硬化されます。パウダー プリンターと SLS マシンの主な利点は、印刷プロセス全体を通じて、印刷されていないパウダーでオブジェクトのすべての部分を継続的にサポートできることです。これにより、他の方法では簡単に作成できない形状を作成できます。ただし、これらのプリンターはより複雑で高価になることがよくあります。この方法を使用するプリンターの例としては、ZCorp Zprint 400 および 450 があります。

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