専門家インタビュー：ジュール印刷と金属3D印刷の未来に関するデジタル合金CEOのDuncan McCallum

昨年の金属3D印刷の増加は、十分に文書化されています。新しいプレーヤーが急速に市場に参入する中、DigitalAlloysはこの進化に貢献している1つの会社です。 2017年に設立されたDigitalAlloysは、高速金属積層造形のために特許を取得したジュール印刷技術を開発しました。この技術は、従来の製造に匹敵するより速い生産速度、より低いコスト、および高品質の部品を約束します。今年ラウンドで1290万ドルのシリーズB資金を確保することに成功した同社は、確かに金属3D印刷市場を混乱させる道を進んでいるようです。

DigitalAlloysのCEOであるDuncanMcCallumに、JoulePrintingと金属3D印刷の将来についての彼の考えについて話を聞きました。

Digital Alloysは最近、ジュール印刷技術に関する2つの新しい特許のニュースで話題になりました。テクノロジーがどのように機能するか説明していただけますか？

まず、私たちが解決している問題から始めましょう。生産に3D印刷を使用したいのであれば、今日、良い選択肢はあまりありません。これは、システムが遅すぎ、製造コストが高すぎ、プロセスが複雑すぎるためです。これにより、一貫して高品質の金属部品を入手することが困難になります。

これらの問題を解決する方法は、JoulePrintingを使用することです。この技術は、粉末や他の材料に比べて安価なワイヤーを使用しています。ワイヤーは、精密ワイヤーフィードを備えた精密モーションシステムに配置されます。次に、ワイヤーの先端を、印刷ラインを開始するパーツのスポットに移動して、パーツに接触させます。次に、ワイヤを介して接触している部分に電流を流すことにより、ワイヤの先端を溶かします。物理学では、これは抵抗加熱またはジュール加熱と呼ばれます。これはトースターのコイルのようなものです。

ジュール印刷技術の利点は何ですか？

ジュール熱を使用する場合は、金属を内側から加熱します。熱時定数がないため、非常に低いエネルギーで非常に急速に金属を加熱できます。これは、熱力学的速度制限がないことを意味します。正確かつ正確に移動できる速度で印刷することができます。私たちの目標は、年末までに5または10 kg /時間です。非常に高速で原材料コストが低いため、全体的な製造コストが大幅に削減されます。

さらに、溶融池で何が起こっているかを正確に測定できます。溶融池がどこにあるか、金属がどれだけ入っているか、どれだけの熱が加えられているかを正確に知ることができます。これらすべてのパラメータを使用してリアルタイムで制御するため、タイトな閉ループシステムであり、プロセスデータをキャプチャしてオフラインで分析できます。

その結果、金属を印刷できるシステムになります。非常に高速で高品質で、多くのアプリケーションで従来の製造よりも安価で十分です。

Joule Printingは、市場に出回っている他の金属AMシステムと比較してどうですか？

考慮すべきテクノロジーには他に3つのカテゴリーがあります。最も人気のある最初のものは、粉末床融合です。粉末床融合では、金属粉末を薄層に広げ、レーザーまたは電子ビームで溶融します。

粉末床融合の課題は、粉末が非常に高価であり、その過程で多くが無駄になり、材料費が非常に高くなることです。また、粉末を溶かす速度にも制限があります。上から下に加熱するため、熱が粉末を通過するのを待つ必要があります。七面鳥を調理するようなものです。このプロセスには常に数時間かかります。七面鳥の外側を台無しにするので、より大きな熱で速く行くことはできません。同様に、粉末床融合では、粉末を気化させるだけです。全体として、これは部品を作るための非常に高価で複雑な方法です。

2番目のカテゴリはバインダージェッティングです。バインダー噴射システムは速度の問題を追いかけます。彼らはより低いグレードの粉末を使用しているので、それはより安価ですが、それでも材料はワイヤーよりもはるかに高価です。システムは、接着剤を層ごとに噴出させて、いわゆるグリーンパーツを構築します。緑の部分は通常20％の接着剤です。次に、化学浴を使用して接着剤を除去し、部品をオーブンに入れて焼結する必要があります。これを行うことにより、パーツを20％縮小して、完全な強度、完全な密度の金属を得ることができます。

このプロセスは、小さくて薄いパーツ（野球よりも小さい）に非常に適しています。ただし、成形品の壁が約1センチメートルよりも厚い場合、成形品に十分な熱を伝達できないため、完全な密度まで収縮することはできません。また、厚い壁を20％縮小しようとすると、寸法が大きく変化するため、寸法の精度を維持することは困難です。最終的な結果として、このテクノロジーは、壁が1センチメートルより厚い部品や、より大きな部品では実際にはうまく機能しません。

人々が考える3番目のカテゴリーは、直接エネルギー堆積、特にワイヤーベースのシステムです。これらのシステムはワイヤーを使用しますが、これは太いワイヤーになる傾向があり、通常は直径3ミリメートルです。次に、アーク溶接のように、レーザー、電子ビーム、またはアークでワイヤーを溶かします。

これらのシステムはかなり高速の印刷速度を実現できますが、課題は解像度です。金属が印刷ラインに滴下またはスプレーしているため、最終的にはワイヤーよりもはるかに太い印刷ラインになります。つまり、粗い低解像度のパーツしか印刷できません。さらに、溶融金属を滴下または噴霧するときに、張り出した領域を印刷することが難しいため、部品の形状が制限されます。 DEDマシンは、そのように金属を溶かすために多くの電力を必要とするため、高価になる傾向があります。そのため、これらのシステムは通常、機体のサイズなどの非常に大きな部品に使用されますが、高解像度の要件にはあまり適していません。

では、Joule Printing Technologyの背後にある推進力は、これらすべての問題を解決することでしたか？

はい。スピード、製造コスト、品質の問題を解決します。

速度、コスト、部品の品質の問題以外に、生産に金属3D印刷を採用したい企業が直面している他の課題は何ですか？

どのテクノロジーがどのアプリケーションに最も適しているかについて、よく考える必要があります。解決しようとしている問題を明確にし、その問題を解決するための適切なツールを選択することが重要です。

これは、従来の製造と同じです。すべての金属部品が同じ方法で製造されているわけではありません。機械加工されたものもあれば、鍛造、プレス、鋳造されたものもあります。すべての問題に万能のアプローチはありません。金属3D印刷も同じです。

今後5年間で金属3Dプリントはどのように進化していくと思いますか？

今日の金属3D印刷がおよそ20億ドルの産業であるとすれば、5年後には300億ドルの産業になると私は思います。

これは、3D印刷の3つの大きな利点によるものです。まず、工具を作成せずに設計から部品に直接移動できるため、時間を大幅に節約できます。第二に、従来の製造では他の方法では不可能な興味深い形状を実現できます。第三に、適切なアプリケーションに適切なテクノロジーを選択すれば、製造コストを大幅に削減できます。

この進化においてデジタルアロイはどのような役割を果たしますか？

デジタル合金は大きな役割を果たします。非常に大きなカテゴリの部品については、従来の製造よりも安価です。つまり、当社のテクノロジーを使用して、部品を再設計したり、その他の変更を加えたりすることなく、製造コストを削減できます。そして、それは顧客にとって非常に魅力的です。

Joule Printingでターゲットにしている業界はどれですか？

私たちは、2020年初頭にプリンターを出荷することを目標に、印刷部品のプロバイダーとしてスタートしました。最初のアプリケーションでは、従来の製造に比べて製造コストを削減できる分野に焦点を当てています。これが特に当てはまるのは、チタン、工具鋼、ニッケル合金、ステンレス鋼など、切断が難しい金属から機械加工された部品です。

ジュール印刷を使用すると、スクラップやラフカット加工を排除して、大幅な節約を実現するニアネットシェイプパーツを印刷できます。 1つのアプリケーション例は、航空宇宙、医療機器、および海洋産業で使用されるチタン部品です。工具鋼は切断が非常に難しいため、2番目の用途は工具です。しかし、3D印刷を使用すると、ツールに冷却チャネルを追加できます。たとえば、内部冷却チャネルを備えたダイカストインサートを使用すると、ツールをより迅速に冷却し、サイクルタイムを短縮できます。それらのお客様は、自動車、消費者向け製品、航空宇宙です。

アディティブマニュファクチャリングを見て、あなたが最も興奮しているトレンドはありますか？

プロトタイピングから生産への移行。それは確かに今の最大のトレンドです。

デジタルアロイの将来はどのようになりますか？

2019年に最初の工場を建設する予定です。生産に携わるのは、テクノロジーだけではありません。オペレーターの雇用と訓練の方法、サプライチェーンの構築方法、品質保証、認証の方法、規制当局の承認の確保などを知る必要があります。これを最初に行い、お客様が簡単にフォローできるようにします。その後、2020年初頭にプリンタの出荷を開始する予定です。

デジタル合金の詳細については、をご覧ください。 https://www.digitalalloys.com/。