金属3D印刷：7つの一般的な誤解が明らかに

金属3D印刷の機能と制限についての理解の欠如が残っています 重要な課題の1つ テクノロジーの採用を拡大する。技術の周りに現れた誤解は、火に燃料を追加するだけです。

本日の記事では、金属3D印刷を取り巻く一般的な神話のいくつかを解体して、真実を明らかにし、事実を明らかにします。

1。金属3D印刷は高すぎる

Metal Additive Manufacturing（AM）は、所有するのに高価なテクノロジーになる可能性があります。一部の金属AMシステムは、最大100万ドルの費用がかかる可能性があり、大企業にのみ手頃な価格で提供されます。

とはいえ、一部の企業は、この種の設備投資は中小企業や機械工場にとって問題外であり、20万ドル未満の価格で3Dプリンターを特別に開発していることを認識しています。このようなシステムは、金属3D印刷を民主化し、より広い市場向けにテクノロジーを解き放つことを目的としています。

例としては、Xact Metal、Laser Melting Innovations（LMI）、One Click Metalなど、金属粉末床融合技術を民主化している企業があります。

ほとんどの場合、これらの企業は、機器のコストを削減するために、より費用効果の高いコンポーネントをシステムに装備しています。たとえば、LMIのAlpha 140 3Dプリンターは、CO2レーザーよりも安価で損傷を受けにくいダイオードレーザーを使用しています。また、高価なスキャナーシステムの代わりに、Alpha140にはデカルトモーションレーザーシステムが搭載されています。これらの変更のおかげで、同社はマシンの価格を10万ユーロ未満に下げることができました。

さらに、Desktop MetalやMarkforgedなどの他の企業は、金属3D印刷への新しいアプローチを開発しました。それをより手頃な価格にするために。 DesktopMetalのStudioSystemとMarkforgedのMetalXシステムはどちらも同様の技術に基づいていますが、プラスチックフィラメントにカプセル化された金属粉末はノズルから押し出されて緑色の部品を作成し、炉で焼結されます。

Whatこのアプローチをより手頃な価格にすることで、プリンターの製造に必要なコンポーネントが安価になり、金属射出成形材料が安価になるため、運用コストが削減されます。

20万ドル未満の価格で、MetalXとStudioSystemの両方が新しい可能性を生み出しました。プロセスをより安価で、オフィスにやさしく、管理しやすくすることで、金属3D印刷を実現します。

2。ほとんどの金属AMシステムは類似しています

もう1つのよくある誤解は、すべての金属3Dプリンターが類似しているというものです。実際には、5つもの主要な金属3D印刷技術があり、それぞれに固有の要件と機能があります。

同じテクノロジーグループ内であっても、3Dプリンターは大幅に異なる可能性があります。例として、強力な熱源によって金属粉末が層ごとに融合されるプロセスである金属粉末床融合（PBF）を取り上げます。 PBFの背後にある重要な考え方は同じですが、このテクノロジーにはいくつかの非常にユニークな考え方があります。

たとえば、VELO3Dは、独自のリコーターメカニズムを備え、ソフトウェアと緊密に統合されたパウダーベッドフュージョン3Dプリンターを開発しました。これにより、サポート構造がほとんどないパーツを印刷する独自の機能がシステムに提供されます。

別の例では、Aurora LabsはPBF金属3Dプリンターを開発しています。これは、1日あたり最大1トンの金属という前例のないPBF技術速度で部品を印刷できるようになります。

全体として、金属3D印刷の状況は非常に複雑であり、追跡が難しい場合があります。テクノロジーの詳細については、Metal3D印刷の決定的なガイドを確認することをお勧めします。

3。金属3D印刷は、少量生産にのみ適しています。

金属3D印刷は、少量の部品を製造する場合に頼りになるテクノロジーです。ただし、その機能はそれだけではありません。一部の金属3Dプリンター、特にバインダージェット技術に基づくプリンターは、中規模から大規模の部品バッチに対応できます。

これを説明している会社の1つが3DEOです。金属3D印刷会社は、特許取得済みのインテリジェントレイヤリング技術を開発しました。これにより、金属部品の大量生産、再現性、自動生産を実現できます。

3DEOの付加的なプロセスは、3つのステップに基づいています。まず、機械は標準的な金属射出成形（MIM）金属粉末の薄層を広げます。次に、バインダーをレイヤー全体にスプレーします。最後に、CNCエンドミルを使用して、各層の部品の形状を正確に定義します。このハイブリッドアプローチにより、同社のテクノロジーをサービスとして使用する同社は、年間25万個の注文を処理できます。

もう1つの例は、Desktop Metalの生産システムです。これは、最大12,000 cm3 / hrで印刷できるバインダー噴射機で、1時間あたり60kgを超える金属部品に相当します。このような速度は、市場に出回っているほとんどの金属3Dプリンターよりも桁違いに高速であるため、複雑な金属部品を大量に製造するのに理想的です。

機械加工などの従来の方法に代わる可能性のある方法として、これらの方法は、業界がより高速な金属3D印刷のソリューションを開発しており、この技術を大量生産の新しい領域に取り入れていることを示しています。

4。ハイエンドアプリケーションは、金属3D印刷の需要を促進する唯一のアプリケーションです。

Metal AMは、実際、航空宇宙および医療業界のハイエンドアプリケーションに最初に採用されました。しかし、より手頃な価格の金属3D印刷ソリューションの急増に伴い、アプリケーションの範囲はスペアパーツ、機能的なプロトタイプ、カスタムツールにまで拡大しています。

興味深いことに、最近のEYレポートによると、3D印刷により、金型、治具、固定具を追加生産することで既存の製造プロセスを改善できることが、AMの主な利点の1つと見なされています。

たとえば、工具製造会社のBuilt-Riteは、DesktopMetalのStudioSystemを社内で使用して、クイックターン金型アセンブリコンポーネントを製造しています。スタジオシステムは、金属棒（金属粉末とポリマーバインダー）を加熱して押し出し、緑色の部品を層ごとに成形し、次に部品をオフィスに適した炉で焼結します。

このプロセスにより、Built-Riteは、コンポーネントをアウトソーシング時よりも90％安く、30％速くすると同時に、重量、つまり材料の使用量を40％削減できます。

スペアパーツの製造に関しては、メタルAMは、いくつかの主要なアフターセールスと修理コストの要因に対処するのに役立ちます。倉庫。

明らかに、金属3D印刷の利点は、高価な航空宇宙および医療部品を超えており、幅広いローエンドアプリケーションを備えたテクノロジーになります。

5。金属の3D印刷された部品は、従来の金属部品より劣っています。

多くの製造業者は、金属の3D印刷された部品の品質が、従来の製造部品と同じ品質になり得るかどうかについて、依然として確信がありません。この誤解は主に、金属3D印刷の目新しさのために生じましたが、それでも最終用途の部品の製造に適していることを証明する必要があります。

実際には、技術の採用者は、金属の3D印刷部品の品質が、従来の方法で製造された部品の品質と同等か、それを上回っていることをすでに証明しています。そのため、ロケットエンジン、熱交換器、さまざまなタービン部品などの重要なシステムで金属AM部品が使用されることが増えています。

適格な金属AMワークフローを実現することは困難な作業になる可能性がありますが、メーカーはこのテクノロジーを採用して、より高性能で軽量かつ効率的な金属コンポーネントのメリットを最終的に享受しています。

6。金属製の3Dプリンターは、小さな部品しか印刷できません

より大きな金属部品の需要が高まるにつれて、より大きな部品の生産を可能にする技術が進化しました。

2020年、ほとんどの3Dプリンター、特にパウダーベッドとバインダージェット技術に基づくプリンターは、センチメートル単位で測定される小さな部品を作成します。たとえば、レーザーや電子ビームで金属粉末の層を溶かすPBF技術の場合、部品内に応力が発生するため、大きな部品を作るのは困難です。部品が大きいほど、温度変化が大きくなり、残留応力と部品の変形の変化が増加します。

そのため、より大きな部品の製造は、直接エネルギー蒸着やワイヤーアークアディティブマニュファクチャリングなどの他の金属AM技術によって行われることがよくあります。

たとえば、金属3DプリンターメーカーのSciakyは、電子ビーム添加剤製造（EBAM）テクノロジーを駆使して、最大級の金属3Dプリンターを提供しています。 Sciakyは、AMシステムを、大規模な鍛造品や鋳造品に代わる、より高速で手頃な価格の代替品として位置付けています。

3Dプリンターの1つであるEBAM150は、3708 x 1575 x 1575mmの印象的なビルドボリュームを備えています。 。

EBAMは、溶接のようなプロセスを使用します。このプロセスでは、電子ビームを使用して金属をワイヤー状に溶かします。これは、この技術がチタンからインコネル、ステンレス鋼まで、幅広い溶接可能な材料の処理に適していることを意味します。

Lockheed Martinは、EBAMテクノロジーのユーザーの1人です。航空宇宙会社はそれを適用して、衛星に燃料を運ぶ高圧タンク用の2つの巨大なドームを作成しました。このテクノロジーにより、ロッキードマーティンは、直径116 cmの2つのドームを2年ではなく3か月で3D印刷できるようになり、リードタイムが87％短縮されました。

金属3D印刷の機能小さなコンポーネントだけでなく、大規模なパーツをより高速かつ柔軟に3Dプリントする可能性を明らかにします。

7。金属粉の再利用は、部品の材料特性に悪影響を及ぼします

本日お話しする最後の誤解は、レーザーベースのPBFプロセスでの粉末の再利用とリサイクルは、材料特性に悪影響を及ぼし、部品の劣化につながるというものです。

PBFでは、印刷プロセスが完了した後、未溶融の粉末がリサイクルされ、指定された比率で新しい粉末とブレンドされます。ただし、材料のリサイクルに懐疑的なエンジニアは、多くの場合、最大粉末年齢を指定し、AMプロバイダーに古い粉末をすべて廃棄するように要求します。

しかし、複数の研究により、適切な管理を行った粉末の再利用とリサイクルは、機械的特性に影響を与えることはありませんが、レーザーベースのPBFをより効率的で経済的なAMプロセスにすることもできます。

3D印刷サービスプロバイダーであるStratasysDirect Manufacturingは、たとえば、ニッケル基超合金で作られた部品へのリサイクルの影響について詳細な調査を実施しました。リサイクル材料から3Dプリントされた部品の引張強度や降伏強度などのさまざまなパラメータを測定することにより、リサイクルはインコネル718およびインコネル625の室内または高温特性にほとんどまたはまったく影響を与えないことがわかりました。

別の研究では、金属3Dプリンターのメーカーであるレニショーが、リサイクルチタン合金Ti6Al4V ELI（Extra Low Interstitial）粉末を使用して合計38回のビルドを実行しました。同社は、研究期間中の粉末の変化は、材料パラメータの設定に影響を与えるほど重要ではなく、粉末の廃棄が必要であることを示唆する証拠はないと結論付けました。

金属3D印刷の誤解を克服する

金属3D印刷が成熟し続ける中、テクノロジーをより主流にする方法の1つは、テクノロジーの真の能力と限界について人々を教育することです。

最終的には、最新の知識を備えた金属AM業界は、工業化の道をより速く進み、より幅広い市場やアプリケーション向けのテクノロジーを解き放つことができます。