活用事例

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【X線CT】3Dプリンター樹脂吐出ノズル不具合原因の特定

投稿日:2021-06-30 更新日:

NSSでは2020年から「X線CTスキャン受託サービス」を提供しています。X線CTでなにができるの?という疑問にお答えするため、活用事例を定期的に紹介していきます。

今回は、熱溶解方式[FDM]3Dプリンターの樹脂吐出ノズルの詰まり原因を特定することに、X線CTを活用した事例を紹介します。

樹脂吐出ノズル外観
画像: 3Dプリンター樹脂吐出ノズル
A: 正常品B: 詰まりが発生した不具合品、ともに樹脂フィラメントの吐出を中断した状態
今回検証したのは造形中にノズル詰まりが発生したテフロンチューブと、まだ詰まりが発生していないテフロンチューブを撮影しました。

まず正常品のX線CTデータ/断面画像を見ると、吐出ノズルの内部構造や樹脂には異常は見られません。

樹脂吐出ノズル(正常品)
画像: 吐出ノズル正常品のX線CTデータ/断面画像

次に詰まりが発生している不具合品のX線CTデータ/断面画像を見ると、ノズル内部で樹脂に含まれるフィラー(ガラス繊維)が塊になっていることが確認出来ます(赤丸部)。

樹脂吐出ノズル(不具合品)
画像: 吐出ノズル不具合品のX線CTデータ/断面画像


このフィラーの塊が吐出ノズルの詰まりの直接的な原因と考えられます。
また塊が発生する原因は、フィラー含有量・サイズ、ノズルの内径、吐出ノズル温度、吐出圧(吐出スピード)、造形テーブル温度など、さまざまなものが想定されます。

微細構造が不具合の原因と想定される場合、サンプルの粗切断、樹脂埋込み、研磨、光学顕微鏡による観察など、比較的多くの工数を要します。X線CTを利用するとこれらの工程を省くことが出来、短時間で原因特定を行うことが可能になります。

また実製品の不具合調査ではサンプルを切断・研磨など破壊することが出来ない場合があり、この場合には非破壊評価手法(Non Destructive Evaluation: NDT)が必要となります。X線CTは基本的にサンプルを侵襲しない非破壊評価手法ですので、制約を受けるサンプルでも安心して使用することが出来ます。

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