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Jun 18, 2023

金属部品の作成: ダミー向けではありません

アディティブ マニュファクチャリング (AM)、一般的に 3D プリンティングと呼ばれる技術については何も知らないとしましょう。 業界を変えるこのテクノロジーが 30 年以上にわたって当社に存在していることを考えると、

アディティブ マニュファクチャリング (AM)、一般的に 3D プリンティングと呼ばれる技術については何も知らないとしましょう。 業界を変えるこのテクノロジーが 30 年以上にわたって私たちに存在していることを考えると、そのような仮定は非常にありそうもないですが、それでもこの「ダミー」スタイルの記事の背後にある前提となっています。 あなたがすでにこのテーマの専門家である場合は、クールなパーツを 3D プリントしたり、最新の Netflix シリーズを一気に視聴したりするなど、もっと興味深いことを自由に行ってください。

他の皆さんのために、積層造形の非常に単純な概要から始めましょう。 米国材料試験協会 (ASTM) によって認められた 7 つの AM テクノロジーはそれぞれ、目的のワークピースの 3D CAD モデルから始まります。 このファイルは、3D プリンターに送られる前に、パンのようにデジタルでレンダリングされて、数千、あるいはおそらく数十万の紙のように薄いスライスになります。

最も一般的な技術のいくつかは、レーザーまたは LED 光源を使用して、金属またはポリマー粉末の樹脂バットまたはベッドの表面上で各層のプロファイルと内部セクションを連続的にトレースし、それらの領域を固化します。 各層が完了すると、急成長するワークピース全体に追加の材料が引っ張られ、部品が完成するまでプロセスが下から上に何度も繰り返されます。

ホットグルーガンのような押し出しヘッドを使用して部品を構築するシステムもあります。 金属粉末をスプレーしたり、細いワイヤーを集中エネルギー源 (レーザーまたは電子ビーム) の経路に押し出し、溶融金属を作業面に堆積させるものや、ポリマー結合剤を粉体層に選択的にスプレーして「グリーン」部品を作成するものもあります。後でオーブンで焼結する必要があります。 他の方法も存在しており、詳細は後述しますが、一言で言えば、これが AM です。 シンプルですよね？

前述したように、AM は長い間私たちと関わってきました。 かつてはポリマー印刷に限定されていましたが、その後、エンジニアリンググレードのセラミック、カーボンファイバーやアラミド（ケブラー）を含む複合材料、そしておそらく最も注目すべきは金属とそのさまざまな合金にまで拡大しました。 ポリマーやその他の非金属材料の 3D プリンティングについては、将来の積層造形産業レポートで説明する予定ですが、このレポートのバランスは、はるかに新しい (そして当面は小型でありながら高速な) 金属 AM に焦点を当てます。 -成長している）数十億ドル規模の市場となったセグメント。

ドイツのクライリングにあるエレクトロ・オプティカル・システムズ（EOS）の創設者ハンス・ランガー氏は、「はるかに若い」点について主張するかもしれない。 光リソグラフィーの発明者であるチャールズ ハルが 3D Systems を設立してからわずか 8 年後の 1994 年に、ランガーの会社はポリマー粉末印刷 (選択的レーザー焼結 (SLS) とも呼ばれる) の専門知識を活用して、彼や他の多くの人が検討しているマシンである EOSINT M 160 を導入しました。初の金属3Dプリンターとなる。

この機械は、ニッケルや青銅などの粉末金属の混合物を使用して、金属射出成形 (MIM) 技術で製造されたものと同様の機械的特性を誇る部品を印刷しました。 これは明らかに大きな進歩でしたが、EOS が「完全に高密度の」金属部品を作成できる 3D プリンタの販売を開始し、航空宇宙、医療、輸送、エネルギー業界全体でますます広範な採用への扉を開くまでにはさらに 10 年かかりました。

ランガー氏と彼のチームは、この初期の技術を「直接金属レーザー焼結」（DMLS）と名付けましたが、この頭字語はもはや完全に正確ではありません。 前述したように、これらの初期の粉体層機械では、バインダーとして機能する青銅または同様の低融点金属が必要でした。 対照的に、最新の DMLS プリンタは、チタン、インコネル、ハステロイ、タングステンやニオブなどの高融点金属など、最も耐熱性の高い材料を溶解または「融合」するのに十分なレーザー出力を備えています。 これが、EOS がその後、DMLS の動詞「焼結」を「シュメルツェン」（ドイツ語で「溶ける」の意味）に置き換えた理由です。これは、より正確な用語であり、長年商標登録されている頭字語を維持することもできます。

簡単な歴史の教訓はさておき、EOS には他の 3D プリンター メーカーと多くの競合があり、その多くは独自の特別な頭字語を持っています。 たとえば、SLM Solutions Group AG は、その名の由来である金属粉末床技術 SLM (選択的レーザー溶融の略) を商標登録しています。 現在 GE Additive の一部となっている Concept Laser は LaserCUSING テクノロジーを備え、3D Systems は DMP (ダイレクト メタル プリンティング) を提供し、TRUMPF はレーザー メタル フュージョン (LMF) を開発し、Velo3D は基盤となる Intelligent Fusion プロセスを備えた Sapphire システムを提供しています。