3D掃描儀在增材制造中的應用

3D打印機一詞在日本被廣泛使用，然而它在ASTM標準中有個正式的名稱，即增材制造技術（Additive Manufacturing Technology）。下面將介紹增材制造的概要以及高精度三維掃描測量儀“VL系列”的應用。

■何謂增材制造

以切削加工為代表的減材制造（Subtractive Manufacturing）是將材料切削成型，與此相對，增材制造（Additive Manufacturing）則是使用3D打印機將材料層疊成型。

?增材制造的優點

可制造復雜形狀：

可制造切削工具無法進入的中空形狀以及形狀外伸的產品。
可制作復雜形狀或使其輕量化。

適用于短交期、多品種、少量生產：

無需模具和工夾具，只要有3D數據即可成型，因此適用于多品種、少量生產。此外，還具有在短交期內完成制造的優點。

削減部件點數：

減材制造等需要對多個部件實施熔焊或釬焊，而增材制造可整體成型，因此削減了部件點數。此外，將材料層疊成型可節省材料費用。

自動化：

只要有3D CAD數據，即使不具備專業知識，仍可自動生產。
此外，只需有3D打印機，即可在各種場所進行生產。

?ASTM標準增材制造的7種方式

面向個人銷售的市售3D打印機采用材料擠出沉積方式，但在增材制造中，根據成型材質不同，各種各樣的方式得到應用。基恩士采用材料噴射沉積方式。

材料擠出沉積（material extrusion）：

從噴嘴擠出具有流動性的材料，使其選擇性地固化沉積。
原料：熱塑性樹脂

薄材疊層（sheet lamination） ：

將薄片狀材料疊層并粘合。
原料：紙、樹脂、金屬箔

材料噴射沉積（material jetting）：

噴射液滴狀材料，使其選擇性地固化沉積。
原料：光固化樹脂、蠟

粘合劑噴射（binder jetting） ：

向粉末材料噴射液體粘合劑，使其選擇性地固化沉積。
原料：石膏、塑料

定向能量沉積（directed energy deposition） ：

在供應材料的同時，控制聚光熱能的位置，將材料選擇性地熔融并固化沉積。
原料：金屬

液槽光聚合（vat photopolymerization） ：

通過光（光聚合反應）將容器內的液態光固化樹脂（感光性樹脂）選擇性地固化。
原料：光固化樹脂

粉末床熔融結合（powder bed fusion） ：

利用熱能使粉末床區域選擇性地熔融結合。
原料：金屬、樹脂、陶瓷

■3D掃描儀在增材制造中的應用

使用3D掃描儀，使沒有圖紙的物件也能描繪出圖紙。
這被稱為逆向工程，可用于以下情況。

·       無法從委托設計部件的采購方取得圖紙

·       希望使用組裝在產品內的實物本身形狀進行設計

·       客戶只提供實物，不存在圖紙

·       與圖紙有差異，希望制作具有與實際好用的部件相同形狀的部件

·       只留下紙質圖紙的舊部件

★何謂逆向工程 [ Reverse engineering / R.E. ]

分解和分析現有產品的軟件、硬件等，明確工作原理、技術要素等信息。
在制造中，大多指測量粘土模型以及有實物的產品形狀，形成數據，并以此為基礎，制作（轉換成）CAD數據。近年來，3D CAD和3D掃描儀開始普及，逆向工程在以歐美為中心的國家中正在快速得到應用。

?逆向工程的課題

測量精度：測量誤差更大／人為產生偏差

為了根據實物制作圖紙，必須準確測量，但如果使用游標卡尺、高度尺規等工具測量，就容易發生誤差變大或按測量人偏差等問題。

測量時間：測量費時

形狀越復雜，測量位置越多，因此測量相當耗時。

數據質量：無法準確重現形狀

雖然有使用3D掃描儀掃描整體形狀后制作圖紙的方法，但出于數據質量差、分辨率低等原因，存在無法準確重現形狀等問題。

■通過高精度三維掃描測量儀“VL系列”解決課題

基恩士的高精度三維掃描測量儀“VL系列"可解決困擾，輕松完成逆向工程。

測量精度：可實現高精度測量

確保在XYZ的空間內測量精度±10 μm、重復精度2 μm。可實現沒有人為偏差的高精度測量。

測量時間：一鍵約30秒

一鍵即可在約30秒內完成掃描。即使是復雜的形狀，仍可輕松快速地測量想要測量的位置。

數據質量：可根據樣品設定掃描模式

可根據樣品的形狀和大小設定掃描模式。
對于細微形狀選擇高精度模式，對于小尺寸樣品選擇高倍率相機，各種樣品均可保持高質量數據重現形狀。

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