3D プリント技術 (パート 2)

パート 2:3D プリント技術

付加製造 (AM) としても知られる 3D プリンティングは、幅広い種類のプリンティング技術から選択できます。それぞれの方法には大きな違いがあるかもしれませんが、すべての 3D プリント技術は同じ基本原則に基づいて動作します。積層造形技術は、層ごとに、またはプログラムされたパスに沿って堆積することによってワークピースを構築します。

レイヤーの作成方法に基づいて、3D プリント技術は主に 7 つのカテゴリに分類されます。

1.金属押し出し

ノズルまたは他のオリフィスが材料を選択的に分配します。レイヤーが完成すると、ビルドプラットフォームが下に移動するか、押出ヘッドが上に移動し、次のレイヤーが押し出されて前のレイヤーに接着されます。この技術は主に次のような素材を扱います:

熱可塑性樹脂
共晶金属
陶器
コンポジット
粘土のモデリング
金属入り粘土
コンクリート
食べ物
生きている細胞

この技術には、溶融堆積モデリング (FDM) または溶融フィラメント製造 (FFF) の 2 つのサブカテゴリがあります。このテクノロジーの主なプロバイダーには、Stratasys、Arbur、Aleph Objects、Beijing Tiertime、MarkerBot Industries、および Ultimaker が含まれます。金属押出技術は、AM マシンの最大の設置ベースを表しています。このプロセスは Stratasys によって開発されました。

2.マテリアルジェッティング

1 つまたは複数のインクジェットプリンティングヘッドが、パウダーベッドを横切って移動する際に、建材の小滴を堆積させます。複数のプリントヘッドを使用できるため、それぞれ異なる素材のプリントが可能です。この技術は、ナノ粒子サイズの印刷材料を噴霧し、それらを不活性キャリアガスと組み合わせてエアロゾルにし、エアロゾルを表面に噴射する「直接書き込み」技術も採用できます。

この技術は次のような素材を扱います:

フォトポリマー
ワックスのような素材
金属/非金属
指揮者
誘電体

主なプロバイダーには、3D Systems、Stratasys、Solidscape、および Keyence が含まれます。このテクノロジーは、インベストメントキャスティングパターンを生成できます。

3.バインダージェッティング

バインダージェッティングでは、インクジェットプリントヘッドノズルを使用して液体結合剤を入念に堆積させ、粉末材料を接合します。材料の噴射とは異なり、ノズルから供給される材料は建材の原料ではなく、液化した結合材料であり、粉末の層に堆積して粉末を目的の形状に保持します。

このテクノロジーは以下で動作します:

アクリルポリマー
メタル
砂
セラミック

このテクノロジーの主なプロバイダーには、3D Systems、ExOne Company、Voxeljet Technology GmbH、Microjet Technology、Digital Metal、および HP が含まれます。この方法は、砂型鋳造プロセスの砂型を構築するために使用できます。

4.シートラミネーション

シートラミネーションは、シート素材を何層にも重ねて貼り合わせ、意匠を具現化する工法です。シート材料は、接着剤で処理された紙で、完全に形成されたオブジェクトにラミネートされたときに合板に似た固体を形成するか、代わりに金属部品を作成する金属箔とテープのいずれかになります.シート積層は積層造形物製造 (LOM) とも呼ばれます。

このテクノロジーの主なプロバイダーには、Helisys、Micro Technologies、および Fabrisonic が含まれます。

5.バット光重合

バット内に含まれる液体フォトポリマーは、光活性化重合を使用して選択的に硬化されます。この技術は、フォトポリマーでのみ機能します。現在、市場には 2 種類のバット光重合技術があります。

立体造形 (SLA) は、紫外線レーザーとコンピューター誘導検流計に取り付けられた X-Y 走査ミラーを使用して、バット内の液体フォトポリマーの最上層を硬化させます。その後、レーザーが当たった各ポイントが硬化されます。 SL は、AM の初期の主要なプロセスであったことは疑いの余地がありません。

バット重合が拡張され、デジタル光処理も含まれるようになりました（DLP）。硬化用の光源としてレーザーを使用する代わりに、DLP AM プリンターは、レイヤーイメージ全体を一度に投影して硬化するデジタルライトプロジェクタースクリーンを備えています。

このテクノロジーの主なプロバイダーには、3D Systems、Envisiontec、DWS、Asiga、Rapid Shape などが含まれます。

6.パワーベッドフュージョン

熱エネルギーは、粉末床の領域を選択的に融合します。熱エネルギーは粉末材料を溶かし、冷却するにつれて固相に変化します。この技術で使用されるエネルギー源は、レーザーまたは電子ビームのいずれかです。

このプロセスは次のようにも知られています:

レーザー焼結
直接金属レーザー焼結
選択的レーザー焼結
電子ビーム溶解
選択的レーザー溶融

レーザーベースの技術は、電子ビームのセットアップよりも優れた表面仕上げと細かいディテールを生み出します。電子ビームは初期費用がかかりますが、高速で、残留応力のレベルが低い部品を製造できます。

金属 AM システムの大部分は、粉末床溶融プロセスを採用しています。 EOS は、最大の設置ベースを持つ確立された金属 AM プロセスです。高エネルギー粉末床溶融 (PBF) プロセスは、コストが高いにもかかわらず、従来のインベストメント鋳造業界から市場シェアを奪う恐れがあります。 PBF プロセスは、インベストメント鋳造の冶金品質にほぼ匹敵する合金から複雑な 3D 形状を生成できます。 SLM は最も成熟した AM 方式であり、金属印刷市場の 70% 以上を占めています。

この技術は、ポリマー、金属、および砂で機能します。主なプロバイダーには、3D システム、EOS、Arcam、SLM Solutions、Realizer、Concept Laser、Aconity3D、Proto Labs などが含まれます。

7.指向性エネルギー堆積

熱エネルギーは、材料の堆積時に材料を融合するために使用されます。ほとんどの場合、レーザーがエネルギー源であり、材料は一種の金属粉末です。蒸着ヘッドの位置決めには、4 軸または 5 軸のモーションシステムが使用されます。この技術は金属材料でのみ機能しますが、一度に複数の種類の金属材料を使用できます。

Directed Energy Deposition (DED) 技術の主要プロバイダーには、Optomec、POM Group、BeAM、Trumpf、RPM、および Innovations が含まれます。 DED は、ブローパウダー AM およびレーザークラッディングとしても知られています。これは、既存のワークピースに材料を追加するのに適した方法であり、部品の修理または変更に最適です。