3D印刷用マテリアルの新機能：最近の進捗状況の追跡

材料開発と認証の進歩は、まだ成熟している3D印刷業界で進行中です。たとえば、Senvolデータベースには最大のリストがあります。 2020年の2,245種類のAM資料 、昨年の約1,700の資料と比較すると、約30％の増加です。

3D印刷材料市場の最近の進歩に追いつくために、今日は3D印刷材料の新機能と、それが業界の将来にとって何を意味するのかを探ります。

医療および歯科用途向けの3D印刷材料

医療業界では、整形外科用インプラント、手術器具、歯科用デバイスの作成に3Dプリントがすでに使用されています。そして今日、この技術は、テストスワブ、フェイスシールド、医療機器部品を製造することにより、COVID-19パンデミックとの戦いを積極的に支援しています。

医療用途向けの3D印刷の普及により、このセクターの材料開発が加速しています。

成長が見られる分野の1つは、インプラントの3D印刷用の高性能ポリマーです。たとえば、特殊化学品会社のエボニックは先月、インプラントグレードのPEEKフィラメントの発売を発表しました。

この材料は、外科用インプラント用途のPEEKポリマーの標準仕様であるASTMF2026の要件を満たしていると言われています。エボニックによると、この新素材は、整形外科および顎顔面外科手術で使用できる、市場で最初のPEEKベースのフィラメントです。

同様に、スペインの研究センターであるAndaltecは、医療機器の3D印刷で使用するための新しい一連の活性ポリマーを開発することを発表しました。

PoliM3Dという名前のプロジェクトでは、FDM3Dプリンター用の新しい抗菌および鎮痛フィラメントの特性評価を行います。これらの新しいフィラメントは、カスタマイズされたインプラント、プロテーゼ、および手術器具の製造に使用されます。

さらに、ポーランドの3D印刷フィラメントメーカーであるSpectrum Filamentsは、医療用途向けの新しいフィラメントであるABSMedicalを発売しました。

新しいフィラメントは、Spectrumによると、クラスVIまたはISO10993-1のUSP証明書の生物学的コンプライアンスの要件を満たす材料であるABSGranulateから作られています。

EU規格No.10 / 20111および21CFR FDAに従って、食品との接触も承認されています。この材料は、リハビリテーションや軽義歯のサポート構造など、アプリケーションを対象としています。

歯科材料

歯科業界では、歯科モデルを3Dプリントする傾向が高まっており、クリアアライナーやブリッジなどの最終用途の義歯や歯科用デバイスがますます増えています。

これらの進歩は、人間の口での長期使用がますます認定されるようになっている材料の進化によって促進されています。

たとえば、3D Systemsは、新しい生体適合性義歯材料であるNextDent®Denture3D+が、2019年末に米国食品医薬品局（FDA）から510（k）の認可を受けたことを発表しました。

NextDent Denture 3D +材料は、従来の義歯床材料の機械的特性に一致する、あらゆるタイプの取り外し可能な義歯床の3D印刷に適しています。

同様の努力により、歯科材料を認定します。 3D印刷の場合、AMの会社であるRapid Shapeは、歯科メーカーのVOCOと提携しています。後者は最近、3D印刷材料に焦点を合わせ、V-Printファミリーの歯科用材料のポートフォリオを市場にもたらしました。

さらに、スイスの歯科用樹脂メーカーであるSaremco Dental AGは、最近、新しいフォトポリマー樹脂をリリースしました。新しい素材は、クラウン、インレー、アンレー、ベニアなどの永久的な修復物を3Dプリントするように設計されています。

材料のテストにより、歯科用樹脂は、今日の歯科業界で見られる従来のセラミッククラウンに匹敵する機械的特性を持っていることが明らかになりました。

3D印刷の幅広い採用医療および歯科分野は、材料革新のペースに大きく依存しています。

医療専門家が生体適合性があり、耐久性があり、認定された材料にアクセスできる場合にのみ、より多くの患者がパーソナライズされたより優れた性能の医療および歯科製品から利益を得ることができるようになります。

高温用途向けの3D印刷材料

高温にさらされるアプリケーションに3D印刷を使用することで、耐熱材料の需要が生まれています。

これにより、より多くの材料生産者とシステムメーカーが、需要を満たすために新しい材料を開発して発売することになります。

この一例は、イタリアの押出成形3DプリンターメーカーであるRobozeと、化学薬品の巨人であるSABICが、EXTEMAMHH811Fと呼ばれるアモルファス熱可塑性ポリイミドフィラメントを共同開発したものです。

この新素材は、最大230°Cの荷重たわみ温度により、高温に対する優れた耐性を誇ります。この材料には247°Cのガラス転移もあり、パートナーは3D印刷可能な材料の中で最も高いと信じています。さらに、優れた難燃性、優れた耐薬品性を提供し、高温での機械的強度を維持します。

同様に、Essentiumは、高速押出成形用の材料ポートフォリオに高温ナイロンを追加しました（ HSE）テクノロジー。新素材の用途には、航空宇宙、半導体、石油・ガス産業などの機械部品、治具、固定具などがあります。

金属AM用のアルミニウム合金の開発

最近の報告によると、アルミニウムは今後10年間、AMにとって最も急成長している金属グループであり続けるでしょう。この成長を推進する1つの要因は、世界的なアルミニウムサプライチェーンであり、AMをアルミニウム製造における次世代の機会としてますます認識しています。

したがって、金属3D印刷用のアルミニウム合金の材料開発が加速しているのは当然のことです。

注目すべき開発の1つは、材料の専門家であるOerlikon、工業用ガス会社のLinde、およびミュンヘン工科大学（TUM）のコラボレーションです。

1.7ユーロの支援チームは数百万の資金を調達し、新しい高強度アルミニウム合金を3D印刷市場に投入することに取り組んでいます。

アルミニウム合金の開発には、合金元素の蒸発損失や高温環境によるマイクロクラックのリスクなど、多くの課題が伴います。

チームは、これらの課題を克服して、強度と軽量化の両方が重要な要件である航空宇宙および自動車産業で新しい合金を利用できるようにする予定です。

自動車の3D印刷用の耐衝撃性アルミニウム合金の開発

別の例では、エンジニアリンググループのEDAGが、AMを自動車シリーズの生産に適応させることに焦点を当てた「CustoMat_3D」研究プロジェクトの一環として、新しいアルミニウム合金を開発しました。

現在、AM用のアルミニウム合金は、衝突試験性能などの自動車産業の要件を満たしていません。新しく開発された材料は、ブレーク時に高い強度と高い伸びの両方を提供することにより、これらの課題を克服するように設計されています。

この材料は、いくつかの自動車用途でテストされ、肯定的な結果を示しました。たとえば、動的で重い耐荷重性のホイールキャリアや、ホイールボックス領域からの高い剛性要件を持つ複雑なコンポーネントの重量を節約することができました。節約の一部は、予想される可能性の30％を超えていました。

粉末床溶融および直接エネルギー堆積用のアルミニウム

上記の例に加えて、システムメーカーからアルミニウム材料の発売もありました。先月、金属粉末ベッドフュージョン（PBF）3DプリンターのメーカーであるVELO3Dは、陽極酸化処理が可能なことで有名なアルミニウムF357合金を発売しました。

陽極酸化とは、金属部品の表面に酸化物層を形成して、腐食から保護したり、塗装に適した表面を提供したりするプロセスです。

アルミニウムF357合金は特に航空宇宙および自動車分野でますます需要が高まっています。

アルミニウムはPBFで最も広く使用されていますが、一部の企業は、高出力レーザーを使用して構造を構築するプロセスである直接エネルギー蒸着に材料を採用しています。 、層ごとに、粉末材料から直接。

この一例は、LENS技術用のアルミニウム合金を発売したDEDスペシャリストのOptomecです。同社によれば、そのアルミニウム合金は、優れた表面仕上げ、高い堆積速度、および約99.9パーセントの密度を提供します。

3D印刷材料を認証するための継続的な取り組み

材料認証は、材料開発と同様に3D印刷を進めるために重要です。これは、AM部品の一貫性を証明するのに役立ち、生産アプリケーションへの道を開きます。

3D印刷用の材料を認証するための継続的な取り組みがあります。最近のものは、安全科学認証会社であるULからのものであり、安全性が重要なポリマーの性能特性に対する3D印刷の影響に関する調査研究を発表しています。

この調査結果により、標準グループは3D印刷用のポリマー、特に難燃性のABSおよびPEIフィラメントを評価および認定するためのフレームワークを開発することができました。

ULによると、「調査結果は、3D印刷を目的としたポリマー材料の認証に関するガイドラインと製図要件のガイダンスを作成するために必要な予備知識を提供します」。

重要な特性

一貫性は、積層造形にとって非常に重要です。そして、それは原料の管理と特性評価から始まります。

製造では、原材料の品質が最終製品の品質を決定します。しかし、高品質のAM素材とは何ですか、そしてこの品質をどのように評価するのでしょうか？たとえば、粉末材料の場合、品質は、粒子サイズ、形態、熱特性、吸湿など、数十の変数の積になります。

材料の品質に影響を与える非常に多くの要因があるため、材料の特性評価（材料の性能を理解するために材料の特性を調査および測定するプロセス）が重要になります。

だからこそ、AMの材料特性評価の分野に企業が参入するのを見るのはワクワクします。

今年の初めに、世界的な材料および製品認証のリーダーであるElementは、AM粉末専用の特性評価施設の立ち上げを発表しました。

新しい試験装置により、化学組成分析、粉末ふるい分析、粒子サイズ分布、流量、およびその他のテストのために–すべて、粉末が本物で、純粋で、均一で、処理の準備ができていることを確認します。

3D印刷材料：進化するセクター

3D印刷材料分野での新しい開発、パートナーシップ、標準化活動に関するニュースは、ほぼ毎日表示されています。これは、先進的で生産に焦点を合わせた材料の需要に応えて成長しているダイナミックなセクターを示しています。

今後、材料の革新のペースが加速し、材料の選択肢が広がり、3D印刷の新しい可能性と新しい市場が開拓されると予想されます。

3D印刷材料市場の状況について詳しくは、最新のAdditive Manufacturing Landscape2020レポートをご覧ください ここ 。