HPの3Dプリンティングテクノロジーの進化：ポリマーからメタルAMへ

HPは、3Dプリント戦略で全速力で前進しています。 2016年にAdditiveManufacturing（AM）に初めて参入して以来、同社は複数のポリマー3D印刷システムを立ち上げ、最近ではMetalJetテクノロジーを導入しました。

HP 3D印刷の進歩に遅れずについていくために、以下では、HP 3D印刷の技術の進化と、それが3D印刷業界の将来にとって何を意味するかを探ります。

3Dプリントにつま先を浸す

3D印刷には、経済的、技術的、および労働力の観点から、参入障壁がたくさんあります。

たとえば、多くの産業用3Dプリンターは、速度と効率の点で従来の機器にまだ遅れをとっています。次に、AMを習得するための急な学習曲線もあります。しかし、採用の最大の障壁は、おそらくAMを生産現場に置くために必要な多額の投資にあります。

HPは、企業に大幅に高速なビルド速度、高品質の機能部品、画期的な経済性を提供することにより、3D印刷を民主化するAMの旅を開始しました。

この旅は、Multiの立ち上げにつながりました2016年のジェットフュージョン。

HPマルチジェットフュージョン（MJF）は、パウダーベッドフュージョン（PBF）テクノロジーです。つまり、プラスチックパウダーを使用して部品を作成します。 MJFプロセスは、プリンタのベッド全体に粉末の薄層を広げることから始まります。

赤外線エネルギーを吸収するように設計された融着剤が、部品の輪郭をなぞってベッド全体に噴射されます。

このステップの後には、赤外線を当ててその領域を融着剤で加熱し、それらの領域で粉末を溶かして溶かします。レイヤーごとに、このプロセスが繰り返され、パーツがゆっくりと構築されます。

HPはMJFテクノロジーを使用して、ポリマーPBF3D印刷に新しいベンチマークを導入しました。一つには、MJFマシンは、選択的レーザー焼結（SLS）のような同様のプロセスよりも、より一貫した機械的特性、より速いプロセス速度、およびより高い精度を実現します。

MJFおよびSLS部品のコストを比較すると、Xometry、オンライン製造市場では、MJFを使用して部品を製造する場合、SLSの対応する部品よりも印刷コストが30％低くなることがわかりました。また、HP MJFプリンターは複数のパーツを同時に印刷できるため、パーツの量が増えると、この差は大きくなります。

工業化されたポリマー3D印刷への道のり

多くの点で革新的なHPのMJFテクノロジーは、最初から機能的なプロトタイピングと大量生産を対象としていました。

2016年末に発売された同社初のJetFusion（JF）3D 4200システムは、このクラスのPBFシステムで最高の少量生産機の1つとして評判を得ています。

JF 4200システムは、プリンター、冷却ステーション、および2つのビルドユニットで構成されており、印刷と後処理のステップを可能な限り合理化することを目的としています。

交換可能なビルドユニットは、印刷が終了するとすぐに冷却とクリーニングのためにプリンターから後処理ステーションに直接移動できるため、連続的な印刷プロセスを可能にするため、特に便利です。

生産と品質に重点を置いたおかげで、このシステムは市場で好評を博しました。たとえば、グローバルなサービスとしての製造プラットフォームである3DHubsによるDigitalManufacturing Trends Q2 / 2018レポートは、プリンター品質評価によるとHP Jet Fusion 3D 4200を2位にランク付けし、マシンはその年に製造された部品の数の観点から。

アプリケーションの観点から、JF4200システムの機能は多岐にわたります。機能的なプロトタイプからツール、最終用途の部品の短期生産まで、あらゆる用途に使用できます。

JF 4200システムで可能なことの注目すべき例は、クリアアライナーと呼ばれる透明な歯の矯正装置のメーカーであるSmileDirectClubとHPが提携した昨年の発表です。

このパートナーシップを通じて、SmileDirectClubは49のHP Jet Fusion 3D印刷システムをインストールし、1日に50,000を超える独自の金型を製造しています。これらの型は、クリアアライナーを鋳造するために使用されます。

HP 3D Printingは、そのテクノロジーにより、SmileDirectClubの成長を加速し、増大する顧客の需要に対応するのに役立ちました。

フルカラー3Dプリントの分野に参入

JF 4200システムのリリース後、次の大きな発表が2018年に市場に登場し、フルカラー3DプリンターシリーズのJet Fusion300 / 500が発売されました。

正確、手頃な価格のカラー3D印刷は、多くのメーカーの最終目標です。多くのメーカーは、後に3Dプリントを染色するのに数え切れないほどの時間を費やしています。 彼らはプリントベッドを去りました。より優れたソリューションは、コストがかかり、特定の範囲のAMシステムに限定されているものですが、フルカラーでオブジェクトを3Dプリントするだけです。

HPが開発した新しいシリーズは、既存の範囲を補完します。現在グレーでのみ印刷され、中小規模の製品開発者に手頃なオプションを提供する産業用3Dプリンター。

フルカラー3D印刷をテーブルにもたらすことで、新しい範囲はStratasysおよび3DSystemsの既存のマシン。

次のレベル：ボリュームアディティブマニュファクチャリング

2018年、HPはその技術で製造された1,000万個の部品のマイルストーンを達成したと報告されています。しかし、会社はそれだけにとどまりたくありませんでした。 HPはさらに進んで、3D印刷の新しいレベルの大量生産を解き放ちたいと考えていました。

連続生産での3D印刷の使用は、過去数年間、業界を形作る重要なトレンドの1つです。企業が生産におけるテクノロジーのアプリケーションを見つけるにつれて、生産量の増加をサポートできるソリューションが求められています。

市場の多くのプレーヤーがスループットの向上を目的としたソリューションを開発していますが、HPほどペースの速いものはないことは間違いありません。

2019年は、HPがMJF 3Dプリンターの新しい生産に焦点を合わせた5200シリーズを発売したことで、HPにとってもう1つの重要な年となりました。

500/300シリーズの3Dプリンターは機能的なプロトタイピングを対象としており、4200シリーズは少量生産を目的としていますが、最新のシリーズはHPでの3D印刷の歴史における新しい章を示しています–ボリューム射出成形に例えられる、正確さと再現性を備えた製造。

5200シリーズの最も注目すべき機能の中には、52003Dプリンター内のランプのアップグレードされたパワーがあります。これにより、以前のシステムの2パスモードとは対照的に、新しいシステムはシングルパスで粉末を溶融することができます。その結果、このシステムの生産性は40％向上し、高温材料の3D印刷の可能性が広がります。

いくつかの企業は、すでにHPのJet Fusion5200システムを実稼働アプリケーションに使用しています。一例として、風力タービンメーカーのVestasがあります。このメーカーは、この技術とTPU材料を使用して、風車のブレードの保護コンポーネントを製造しています。

さらに、カナダのヘルメットメーカーであるKupolもこのシステムを使用して、より安全で快適なヘルメットを3Dプリントしています。 HP自体は、そのテクノロジーを活用して他の印刷機用のコンポーネントを製造しています。

明らかに、新しいシステムはHPのAM運用を大幅に拡大し、顧客がデジタルマニュファクチャリングを真に活用できるようにします。

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HPの3D印刷材料ロードマップ

HPの3D印刷ロードマップにより、同社は徐々にプロトタイピングと少量生産から連続積層造形に移行しました。

この進歩にはハードウェアが大きな役割を果たしますが、そうでなければ難しいでしょう。新しい材料の継続的な開発なしにMJFを最大限に活用することは不可能です。

2016年にMJFが最初に導入されたとき、技術は1つの材料、ナイロンとも呼ばれるポリアミド12（PA12）に限定されていました。徐々に、HPはその材料ポートフォリオを拡大して、より幅広い熱可塑性プラスチックを含めるようになりました。

たとえば、4200シリーズは、PA11およびPA12ガラスビーズ、40％ガラスビーズ充填ナイロン、柔軟で柔らかいTPUなど、さまざまな種類のナイロンで印刷できます。材料。

これらの材料のほとんどは最新の5200シリーズで利用できますが、最近、最新の3Dプリンター専用に1つの材料であるポリプロピレン（PP）が発売されました。

BASFと共同で開発されたPPは、汎用性が高く、耐久性があり、耐薬品性のある熱可塑性プラスチックで、射出成形で一般的に使用されるPPと同じ特性を備えています。用語の耐久性。

これらの特性のおかげで、PPは自動車、消費者、産業、医療分野の顧客に特に適しています。

HPの材料の高い再利用性

HPの素材で特にエキサイティングなことの1つは、再利用性が高いことです。

ポリマーPBFでは、印刷された部品を囲む粉末は、部品の印刷に使用されるのと同じ材料であり、高価になる傾向があります。もちろん、粉末を100％再利用できれば、これは問題にはなりません。これは現在不可能です。

1つの理由は、PBFプロセスでは、ポリマーが長時間高熱にさらされることです。したがって、それらの焼結特性をはるかに予測しにくくする化学変化を受けます。現在、この問題を克服する唯一の方法は、「使用済みだが未融合の」粉末を未使用の粉末と混合して再利用することです。

SLSプロセスでは、約30〜50パーセントしかありません。 MJFを使用すると、粉末の最大80％を再利用できます。この高レベルの粉末の再利用性は、材料の革新によって実現されます。

たとえば、HP 3D High Reusability PA 122は、材料が時間とともに温度にさらされている間、分子の成長を回避するように設計されています。これらの材料は中反応性材料から低反応性材料として知られており、材料を劣化させることなく最大80％再利用できるため、部品の品質に影響を与えることはありません。

HPは、材料パレットを引き続き拡大する予定です。さらに、難燃性を備えたもの、エラストマー、ポリアミド、市販のプラスチック、高性能材料など、幅広い種類の熱可塑性プラスチックを提供します。

この進歩にとって重要なのは、HP Multi Jet Fusion Open Platformです。これは、化学会社が材料開発に協力して材料の革新を加速することを目的としています。

新しいフロンティア：金属3D印刷

ポリマー3D印刷市場での比較的短いプレゼンスで、HPは機敏で野心的な破壊者としての地位を確立しました。現在、同社は次のフロンティアである金属3D印刷に向かって進んでいます。

2018年に導入された、その添加剤製品の次の拡張は、バインダー噴射技術を搭載したMetal Jet3D印刷システムです。

金属バインダー噴射では、液体バインダーを選択的に塗布して、粉末粒子を層ごとに結合します。

このプロセスは、粉末の薄層を広げることから始まり、プリントヘッドがバインダーの液滴を粉末床に戦略的に堆積させます。次に、印刷版が下がり、別の粉末層が広がります。

ただし、このテクノロジーにHPが導入した独自の利点は、革新的なプリントヘッドとインクテクノロジーにあります。

バインダー噴射技術は本質的に高速ですが、HPはプリントヘッド技術の知識を応用してさらに高速化しています。 Metal Jetシステムには、それぞれ5,280個のノズルを備えた6個のプリントヘッドが装備されています。これらの複数列のノズルを使用すると、プリンタの生産性と信頼性が向上します。

さらに、HPは、インク技術の専門知識を活用することにより、焼結プロセスをより速く、より安価にする革新的な結合剤を開発しました。

「金属射出成形では、通常、燃え尽きる必要のあるバインダーが10重量％を超えます。私たちの場合、1％未満であり、桁違いに少なく、より速く、より低コストで、はるかに簡単に焼結できます」と、HPの金属部門のグローバル責任者であるTimWeberはAMFGとのインタビューで述べています。 。

これらの進歩を組み合わせることで、従来の生産技術に匹敵する経済性と効率を達成すると言われている金属3Dプリンターが生まれました。

HPはまだマシンを販売していません。代わりに、同社は部品製造サービスを開始し、2021年に3Dプリンターを商業的に利用できるようにすることを目指しています。

HPがMetalJetについて行った主張を考慮すると、このテクノロジーは持続可能なものを解き放つ鍵になる可能性があります。大量生産における金属3D印刷の価値提案。

このテクノロジーから特に恩恵を受ける可能性のある業界の1つは、自動車です。フォルクスワーゲンは、2年前からHPと金属3D印刷技術で協力しており、ギアシフトノブやミラーマウントなどの金属ジェット印刷構造部品を次世代の車両に統合することを目指しています。

デジタルマニュファクチャリングの推進

HPは3D印刷業界で最も古いプレーヤーではないかもしれませんが、マーケットリーダーになることを目指しているプレーヤーであることが証明されています。

これの証拠は、HPの野心的な3D印刷ロードマップであるだけでなく、そのテクノロジーに対する完全な信頼でもあります。たとえば、この信頼により、HPはサプライチェーンの一部として3D印刷を使用し、3Dプリンターの部品を大量生産することができます。

同社は、デジタル製造技術として3D印刷に賭けてきました。それは最初にこの業界の水域をテストしました。現在、HPは3D印刷の勢いを増しており、HPが企業と業界の両方をリードする場所を見るのは楽しみです。