マルチマテリアル3D印刷は、AMの次のステップになるでしょうか？

マルチマテリアル3D印刷は、さまざまな材料や特性を持つオブジェクトの作成を可能にする革新的な積層造形技術です。マルチマテリアル3D印刷は、パーツに複雑さを加えることで、パーツのパフォーマンスと機能を大幅に向上させることができます。したがって、このテクノロジーは、設計と製造のまったく新しい可能性を開き、他の方法では不可能だったオブジェクトの作成を可能にします。

現在、さまざまなプラスチック、ポリマー、さらにはシリコーンを使用したマルチマテリアル3D印刷が可能であり、リアルなフルカラーのプロトタイプやコンセプトモデルを作成するための理想的なソリューションとなっています。このチュートリアルでは、マルチマテリアル3D印刷の利点、現在利用可能なプロセス、および最も一般的な使用例とアプリケーションについて詳しく説明します。

マルチマテリアル3D印刷の利点は何ですか？

マルチマテリアル3D印刷の主な利点の1つは、複雑な部品が 1回の印刷プロセスでさまざまな材料特性を作成できます。これは、異なる材料特性を持つ部品を作成するために組み立てる必要がある単一材料部品とは異なります。したがって、マルチマテリアル3D印刷により、オブジェクトの作成に必要なステップ数を減らすことができ、製品開発サイクルが短縮されます。

設計者やメーカーは、1つの部品内でさまざまな材料特性（半透明性や剛性など）を組み合わせることで、設計の検証と機能テストを次のレベルに引き上げることができるため、マルチマテリアル3D印刷の恩恵を受けることができます。

3D印刷でさまざまな素材を使用するもう1つの利点は、色のグラデーションを作成できることです。さまざまな比率で材料を混合することにより、その後の塗装を必要とせずにさまざまな色の組み合わせと色調を実現でき、後処理段階の時間を節約できます。

マルチマテリアル3D印刷はどのように機能しますか？

マルチマテリアル3D印刷では、単一の3Dプリントオブジェクト内でさまざまなマテリアルを使用できます。ただし、マルチマテリアル3D印刷は現在、熱可塑性プラスチックやポリマーなどの材料を処理できますが、現時点では、さまざまな金属やセラミックを組み合わせることができません。

今日、Stratasysや3D Systemsのような企業は、プロトタイピングやモデリングの目的でマルチマテリアル3D印刷ソリューションを提供しています。たとえば、StratasysのConnexマルチマテリアルシステムは、次の印刷オプションを提供します。

• 混合トレイ ：このオプションを使用すると、1つのビルド内で、異なる材料、つまり異なるプロパティで構成される複数のパーツを同時に作成できます。混合トレイオプションは、大量のプロトタイピングを必要とする企業にとって理想的なオプションとなる可能性があります。
• 混合部分： マルチマテリアル3Dプリンターは、特定の領域でさまざまなプロパティを持つパーツを印刷することもできます。さらに、パーツ内で材料を組み合わせると、後で別々のパーツを組み立てる必要がなくなります。
• デジタル資料： 2つ以上の材料を混合して作成されたデジタル材料は、パーツが単一の材料で3D印刷された場合には達成できない、改善された特性と外観を備えたオブジェクトを作成するために使用されます。

マルチマテリアル3D印刷に使用されるテクノロジーはどれですか？

現在、マテリアルジェッティングは、マルチマテリアル3D印刷で最も一般的に使用されているテクノロジーです。マテリアルジェッティングを使用すると、プリントヘッドは、紫外線（UV）光の下で硬化する感光性材料（または材料の混合物または異なるプリントヘッドを介した異なる材料）の液滴を堆積します。次に、このプロセスを使用して、パーツがレイヤーごとに作成されます。

Stratasysと3DSystemsは、マテリアルジェッティングテクノロジーに基づくマルチマテリアル3Dプリンターの大手メーカーです。たとえば、StratasysのConnex™3D印刷システムは、3D印刷プロセス中に2つまたは3つの異なるプラスチック材料を噴射することで機能します。これにより、完成したパーツは同時にさまざまな特性（剛性や柔軟性など）を持ちます。

マルチマテリアル3D印刷に使用できるマテリアルはどれですか？

現在、マルチマテリアル3D印刷で最も広く利用可能なマテリアルオプションは、アクリルベースのフォトポリマー樹脂と、硬質プラスチックとエラストマーの複合材料です。たとえば、3D Systemsは昨年、新しい大判マルチマテリアルProJet MJP 5600 3Dプリンターを発表しました。これは、さまざまなプラスチック樹脂とその組み合わせで動作し、完全に組み立てられたプロトタイプと、複数のマテリアルプロパティを持つ複雑な形状を作成します。

材料の機械的特性はさまざまですが、3D印​​刷材料の進歩により、エンジニアリンググレードの複合材料も利用できるようになりました。

マルチマテリアル3D印刷の最新のイノベーションの1つは、Wacker Chemie AGの子会社でRPプラットフォームの長年のユーザーであるACEO®によって開発された技術であるシリコーン3D印刷です。 ACEO®の革新的なシリコーン技術により、さまざまな色、硬度、特性を持つシリコーン部品の製造が可能になります。これの有用な用途は、絶縁性と導電性を備えたシリコーンの作成です。これらは、統合された導電性を備えた組み立て部品を作成するために使用できるためです。

マルチマテリアル3D印刷のアプリケーション

マルチマテリアル3D印刷の可能性は本当に無限であり、消費者、医療、その他の業界にわたる幅広いユースケースがあります。

現在、マルチマテリアル3D印刷は、主に製品開発中に使用されています。たとえば、水泳用品会社のSpeedoは、製品設計サイクルの一環として、ゴーグルやその他の水泳用品などのアイテムを作成するテクノロジーを使用しています。シール、ガスケット、タイヤ、靴底の機能的なプロトタイプなどの他の製品を作成することも、生産に入る前に製品の設計と機能をテストおよび検証するために使用される技術を使用して、マルチマテリアル3D印刷で可能です。

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マルチマテリアル3D印刷では半透明と不透明のマテリアルを組み合わせることができるため、医療業界では、教育目的の現実的な解剖学的モデルや、術前の計画とトレーニングのための患者固有のモデルを作成するテクノロジーを採用しています。この技術により、内部に色付きの構造を持つ半透明の部品を作成することもできます。これを使用して、流体の流れを視覚化したり、医療機器をテストしたりできます。

自動車、航空宇宙、その他の業界の機械エンジニアは、マルチマテリアル3D印刷を使用して、最終製品の外観（色、ラベルなど）を備えた機能的なプロトタイプを作成できます。これに加えて、マルチマテリアル3D印刷により、組み立てを必要とせずに、短い一連の射出成形用の金型や工具を製造できます。

高度なマルチマテリアル3D印刷の興味深い要素の1つは、統合された機能を備えたパーツを作成する機能です。これは、電子デバイスに特に役立ちます。 Nano Dimension Ltd.は最近、マルチマテリアル3D印刷インクの開発に飛躍的な進歩を遂げました。導電性インクと誘電性インクを同時に使用して、電気的に機能する部品、回路、アンテナを製造できるようになりました。

課題

マルチマテリアル3D印刷は現在、主にプロトタイピングに使用されていますが、それでも、さまざまなマテリアルで構成され、機械的特性の組み合わせを備えた部品を製造する大きな可能性を秘めています。そのため、機能部品のマルチマテリアル3D印刷に関する既存の課題をどのように克服できるかについて、現在進行中の研究が行われています。

難しいのは、高品質のマルチマテリアルエンドパーツを提供できるスケーラブルで再現性のある製造プロセスを開発することです。これは、金属とセラミックにとって特に困難です。たとえば、溶融温度やその他の材料特性が異なる2つの材料を共溶融することには、明らかな物理的制限があるためです。

ただし、ベルギーを拠点とする会社であるAerosintは、金属を視野に入れて最終部品を製造するための独自のマルチマテリアル粉末床プロセスを開発したと主張しています。ポリマーを使用するこの技術は、ボクセルレベルで2種類の粉末の分布を制御し、それらを一緒に焼結します。

今後の展望

もう1つの魅力的な研究分野は、マルチマテリアルバイオプリンティングです。これは、組織工学、再生医療、バイオセンシングなどの分野に革命的な影響を与える可能性があります。

しかし、今日、マルチマテリアル3D印刷は、さまざまな特性を備えたリアルな3D印刷モデルとプロトタイプの作成を可能にするテクノロジーであるため、製品開発と検証テストに大きなチャンスをもたらします。

最終的に、マルチマテリアル3D印刷の次のステップは、統合された機能と強化された機械的特性を備えた最終部品の生産にうまく移行する方法です。研究の面ですでに多くの活動が見られているこの開発分野は、積層造形の可能性を新しい視野に拡大します。