デスクトップメタル、エンジニア向け連続繊維デスクトップ3Dプリンター「Fiber」を発表

金属3Dプリンティングで製品開発から量産までを手がけるデスクトップメタル（米国マサチューセッツ州バーリントン）が、複合材分野への参入を発表しました。同社は2015年設立以来、「すべてのエンジニア、デザイナー、製造業者に3Dプリンティングを利用可能にする」というミッションのもと、オフィス対応の金属3Dプリンティング「Studio System」と、毎時12,000cm³の造形速度を誇る量産向け「Production System」の2技術を市場投入してきました。今回、世界初と謳う真の連続繊維デスクトッププリンター「Fiber」を発表します。

「連続繊維3Dプリンティングをすべてのエンジニアとデザイナーのデスクトップへ届ける」とCEO兼創業者のリック・フロップ氏は述べています。

小型複合材部品製造の自動化へ

積層造形は試作、治具、工具などで普及が進み、今後10年で最終用途部品製造への適用が10〜50倍に拡大すると予測されています。デスクトップメタルは、小型複合材部品製造の自動化という未開拓領域に着目。2019年にMake Composites Inc.（米国ボストン）を買収し、複合材分野への参入を加速させました。Make Composites創業者のコンスタンティン・フェトファツィディス氏は、2019年SAMPEヤングプロフェッショナル賞を受賞し、以前はボインング傘下のオーロラ・フライト・サイエンシズで先進製造R&Dを主導していました。

同氏は手積み成形が依然として小型部品（20ポンド未満）の最先端製造法であることに不満を抱き、自動化・工程集約・工具削減・リードタイム短縮を可能にするソリューションを模索していました。「eVTOL概念研究でもカーボンファイバーの軽量・高剛性・高強度を活かしたかったが、コストが見合わなかった」と語ります。

テープベースの自動ファイバー配置（AFP）技術を採用

新プリンター「Fiber」は、自動ファイバー配置（AFP）技術を採用し、高品質な繊維強化熱可塑性複合材部品を製造します。商用プリプレグテープ製造ラインと同等の製造ラインを活用し、既存サプライチェーンと単方向（UD）テープ市場の成長を取り込みます。要するに、AFPをデスクトップサイズにスケールダウンした技術です。プロジェクト名「Make」は「Micro AFP Kinematic Extrusion」に由来します。

モジュール式ツールチェンジャーを備え、オフィスや生産現場で使用可能。産業グレードの治具、ジョウ、工具、最終用途部品を造形できます。オペレーターはマイクロAFPヘッドで材料を配置後、それをパークしてFFF（溶融積層造法）ヘッドに切り替えることもできます。

「Fiberプリンターは、高性能AFP連続繊維材料の特性と、デスクトップ3Dプリンターの手頃さ・速さを初めて両立させた」とフロップ氏。

材料システム

高性能用途で実績のあるUDテープを使用。多様な繊維・熱可塑性マトリックス系に対応可能ですが、初期ラインナップは以下の通りです。

• ポリアミド6（PA6）＋カーボンファイバー／ガラスファイバー
• ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）＋カーボンファイバー
• ポリエーテルケトンケトン（PEKK）＋カーボンファイバー

テープ幅は3mm、典型的に12Kトウ、専用リールに巻かれて供給されます。非接触ヒーターで熱可塑性樹脂を溶融温度以上に加熱し、コンパクションローラーで圧力をかけて基材に圧着。各パス末端でカッターがテープを切断します。フェトファツィディス氏によれば、このテープは押出系連続繊維プリンターで使われる1Kトウフィラメントより、リットルあたり10倍以上安価で高品質。高繊維ボリューム（カーボンファイバー60%）とAFPプロセスによる加圧により、高強度を実現します。

造形部品は「鋼より強く、アルミより軽い」とされ、造形ボリュームは320×240×270mm。部品全体に連続繊維補強が行き渡り、気孔率はPA6テープで5%未満、PEEK/PEKKテープで1%未満と極めて低いです。トウのステアリング（向き制御）で複雑形状や特定荷重条件に対応可能。熱可塑性樹脂のためオートクレーブ硬化とフリーザー保管が不要です。

誰もが手に取れる価格設定

連続繊維熱可塑性テープを用いた自動複合材製造システムは通常数百万ドルしますが、Fiberシステムはサブスクリプション方式で2モデルを提供。

• Fiber HT：気孔率1%未満、連続繊維充填率60%まで、PEEK/PEKK等の高機能マトリックス対応。UL 94-V0難燃、250℃耐熱、ESD対応部品も可能。導入価格：年額5,495ドル〜
• Fiber LT：気孔率5%未満、PA6熱可塑性樹脂で高強度・ESD対応・非傷付き部品を製造。導入価格：年額3,495ドル〜

「自宅やオフィスのデスクトップで、連続繊維入りPEEK部品を造形できるようにしたい」とフェトファツィディス氏。「数千ドルで、ハイエンドAFP製造部品と同等のテープ技術を使った高性能複合材部品が作れる」とフロップ氏は強調します。

3Dプリンティングの製造現場での役割が拡大する中、設計者・エンジニアには幅広い材料を手軽に扱えるソリューションが求められています。Fiberシステムは、複合材が持つ軽量・高強度・高剛性を誰もが活用できる大きな一歩です。デスクトップメタルは2019年11月19〜22日、ドイツ・フランクフルトのFormnext 2019でFiberシステムを披露します。