酔いどれひぐりんブログ

3Dプリンタで使用できる素材としてはさまざまなものがあります。以下では、それぞれの素材の特徴を解説します。

チタン
チタンは、軽いうえに強度がある金属です。錆びにくく、酸や塩水への耐食性はプラチナにも匹敵すると言われています。
耐熱性や安定性も優れているため、さまざまな造形物に使用されています。
チタンは、特に工業用の3Dプリンタで使われる場合が多いです。積層造形で良く使われるチタン系材料は、Ti-6Al-4VやCP-Tiです。

ステンレス
ステンレスは、鉄にクロムやニッケルを加えて作られた合金です。
成分や組織によって、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系に分類されます。
ステンレスには高い耐食性があり、強度や耐熱性もあります。
航空機や治具などさまざまな分野で広く使用されています。積層造形で良く使われるステンレス系材料は、316や630です。


アルミニウム
アルミニウムは軽さが特徴的な金属です。軽いながらも強度があるため、軽さを重視している用途でよく使用されています。
アルミニウムは降伏点が低く、熱伝導性も高いです。よって、塑性加工や切削加工もしやすくなっています。
積層造形で良く使われるアルミ系材料は、AlSi10Mgです。アルミ合金系は積層造形専用材の開発が多く進められています。

マルエージング鋼
マルエージング鋼は、高い強度と靭性を持つ金属です。
熱膨張率が低く、耐低温脆性に優れているという特徴もあります。もともと航空宇宙分野での使用を想定して開発されました。
航空宇宙分野以外でも、航空機、自動車、医療機器などさまざまな分野で使用されている素材です。
積層造形で良く使われるマルエージング鋼は、マルエージング鋼300相当材です。

銅
銅は、導電性や熱伝導性に優れている金属です。反射率や熱伝導率が高く、一般的には3Dプリンタによる造形は難しいとされています。
3Dプリンタで銅を使用する際は、電子ビーム方式を選んだり、青色レーザーなどで造形したりする必要があるとされてきましたが、
近年材料側の開発により、広く普及している金属用造形装置でも造形可能な材料も流通されるようになりました。
積層造形で良く使われる銅系材料は、Cu-Crや純Cuです。

タングステン
タングステンは、単体の金属の中で融点が最も高い金属です。タングステンの常圧における融点は3,380度となっています。
また、放射線遮蔽能力が高く、低熱膨張の特徴もあります。
融点が高いうえに溶融時の粘度も高いため、3Dプリンタでの造形にはあまり向いていません。
ただし、研究により実用化が模索されています。


コバルトクロム
コバルトクロムは、高温や高圧に対する優れた耐久性を持つ合金です。たとえば、航空機のジェットエンジンの部品に使用されています。
積層造形の用途として、歯科や人工関節などの医療用途での実用が進められています。
加工硬化性が高いうえに熱伝導率が低いため、切削加工は難しいです。
さらに、溶融温度が高く、収縮率が大きいという特徴もあります。

Ni基合金
ニッケル基合金は、主な成分としてニッケルを主成分とし、用途に応じて様々な合金元素が含まれている合金です。
ニッケル基合金は、耐熱性や耐食性に優れている材料が多いですが、
その多くは、高温強度が高く熱伝導率が低いため、切削加工は難しいです。積層造形で良く使われるニッケル基合金は、718です。

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センサ（Sensor）とは、ある対象の情報を収集し、電気信号やデータに変換して出力するデバイスや装置の事をいいます。
人間は視覚、聴覚、味覚、嗅覚、触覚などによって得た情報に基づいて行動しますが、機械も同様にセンサから得た情報を基に、制御や処理を行います。

センサが収集し、置き換える信号（物理量）には、温度、光、色、圧力、磁気、速度、加速度 などさまざまなものがあります。これらは、半導体の物質変化を利用するものですが、その他にも、酵素や微生物などの生体物質を用いるバイオセンサなどもあります。


・光電センサ：光を検出するセンサ
単純に光の有無を検出するものや、光の強度を検出する。
例として、テレビを明るい部屋でつけると明るくなり、部屋を暗くするとテレビも暗くなります。これは光学センサによってテレビの明るさを調整しています。

・圧力センサ：圧力を検出するセンサ
例として、ヘルスメータがあります。体重（垂直方向の圧力）を電気信号に変換しあなたの体重を表示します。

・近接センサ：磁気を検出するセンサ
例として、工場内での金属部品やドグの検出に使用されております。

・流量センサ：物体（水や空気）の流れを検出するセンサ


・温度センサ：温度を検出するセンサ
例として、湯沸かし器のお湯の蛇口をひねると水（流体）の流れを検出しお湯を沸かして温いお湯が出てきます。この時のお湯の温度を指定の温度になる様に検出するのに温度センサを使います。

またセンサは、ファクトリーオートメーションなどの産業分野をはじめ、家電、インフラ、さらにはパソコン、スマートフォン、などのデジタル機器にも活用されています。
近年注目されているIoTにとっては、センサは必要不可欠です。IoT 機器を開発する上では、多数のセンサの中から、最適なセンサを選ぶことが非常に重要になってきています。センサを知ることがIoTを構築する上での第一歩となっているのです。
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ブラシレスDCモータードライバは、マイコンなどの制御部からの指示を受けてモーターを駆動、制御するための半導体デバイスです。

ブラシレスDCモーターの制御は、とても複雑なため、半導体のディスクリート部品でドライブ回路を作成することは可能ですが、部品点数も多くなり、さらにソフトウェアでの制御も複雑になってしまいます。


そこで、ソフトウェア開発負荷及び部品点数を削減するためにモータードライバが使用されるケースが多いのです。

ブラシレスDCモータードライバの使用用途
ブラシレスDCモーターが使用される機器には、ブラシレスDCモータードライバが必須のデバイスです。


ブラシレスDCモーターは、ブラシレスDCモータードライバによって、回転数を正確に制御できますので、ハードディスクや、NC制御の機械、自動車、ハイブリッド自動車などに使用されています。

特に自動車では、ドアロック用モーター、電動パワーステアリング用モーター、ヘッドライト光軸駆動用モーター用など多数使われています。
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リバーシブルモーターとは、モーターの後ろに摩擦ブレーキを内蔵したモーターのことです。

時間の定格は基本的に30分で、摩擦によりモーターに負荷をかけることで瞬時の可逆特性を向上させることができます。また、モーターが運転停止後に動き続けること (オーバーラン) を防ぐ役割もあります。


インダクションモーターとの違いは、リバースブルモーターが瞬時に正逆転可能な点に対しインダクションモーターは、結線を逆にしても負荷を瞬時に逆転させることはできません。

リバーシブルモーターの使用用途
リバーシブルモーターは一定速度で運転する運転システムに用いられます。


これは最先端技術である自動運転技術に関してとても大きな役割を果たし、単独で運転する場合は電磁開閉器を通してモーターへ電気を供給し、手動でスイッチ切り替えを行います。自動運転する場合は、パワーリレーを通してスイッチの切り替えをplcで制御します。電磁ブレーキ付モーターを適切な位置に停止させる場合は、センサにより検知することでその結果をplcに戻して、制御を行います。

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PMモーターは回転子、固定子、ハウジングなどによって構成されます。

1. 回転子
回転子には永久磁石が固定されており、固定子の磁界に引き寄せられます。固定子の磁界は回転するように変化しているため、回転子には回転するように力が加えられます。これがPMモーターの回転原理です。


2. 固定子
固定子は、ニスなどを塗ったコイルが主要部品です。相が異なるコイルが回転子を囲むように構成され、電流を流すことによって磁界が発生します。発生した磁界は、電源位相の変化に伴って回転するように変化していきます。


3. ハウジング
固定子には電流を流す電圧を印可するため、地絡しないようにハウジングで絶縁します。また、固定子には電流によって熱が発生するので、ハウジングのフィンによって冷却されます。

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DCモーターとACモーターの違いは電源です。DCモーターは直流電源、ACモーターは交流電源で駆動します。以下にお互いの特徴を挙げます。

ACモーターの特徴


商用電源をそのまま使用可能
ブラシがなく、構造が簡単で堅牢
高電圧を作りやすく、大型化可能
電源周波数によって回転速度が一定となる
回転速度制御にはVVVF装置が必要
また、電力会社から提供される電源は交流電源です。交流電源からDCモーターを駆動させる場合は、整流器(コンバータ)を用いて直流電源に変換させて使用します。


DCモーターの特徴

電池電源をそのまま使用可能
回転特性が安定している
低価格で製作可能
トルク制御性能が高く、応答が安定している
回転にムラがある
DC高電圧を発生させづらく、大型化しづらい

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