主要な積層造形手法7種類を徹底解説
かつて製造業では、金型、切削、ドリルなどの減法プロセスを使用して製品を作っていました。大きな塊から材料を削り取る方法は以前はうまく機ていましたが、現代の積層造形プロセスが急速にそれらに取って代わりつつあります。予測によれば、積層造形業界は2022年までに驚異的な230億ドルに成長すると見込まれています。
積層造形とは、通常セラミックや金属粉末などの材料をビルドプラットフォーム上に層ごとに積み重ね、最終製品が完成するまでコンピュータ制御で3Dオブジェクトを構築するプロセスです。層は熱、硬化剤、またはレーザーを使用して硬化させます。
この方法は積層型であるため、減法製造よりも廃棄物が少なく、したがってコストも低くなります。
積層造形の7つの主要タイプにはそれぞれ長所と短所があります。ビジネスに適した方法を選択するためには、違いを知ることが不可欠です。
ここでは、貴社の製造能力を高める主要な積層造形タイプを紹介します。
積層造形プロセスのタイプ
1. バインダージェッティング
バインダージェッティングは、マテリアルジェッティングまたはインクジェット粉末印刷とも呼ばれ、最も一般的な積層造形タイプの一つです。
この方法は、一般的なオフィスプリンタと同様に動作しますが、三次元オブジェクトをプリントします。ページにインクを噴射する代わりに、バインダージェッティングでは接着剤を粉末材料に噴射します。プリントヘッドは水平および垂直に移動し、パスごとに新しい層の造形材料を置きます。
バインダージェッティングでは、以下を含むさまざまな材料を使用してオブジェクトを製造できます：
- 石膏粉末（チョーク）
- プラスチック
- セラミック
- 金属
- ガラス
- 砂
バインダージェッティングは、参入コストが比較的低く、材料が安価なため、最も手頃な積層造形プロセスの一つです。また、ほとんどの他の積層造形プロセスよりも高速にオブジェクトを作成でき、フルカラーでの造形も可能です。
多くのメリットがある一方で、バインダージェッティング製品は壊れやすく、洗浄や硬化などの後処理が必要で、これが面倒で時間がかかる場合があります。
2. 指向性エネルギー堆積（DED）
指向性エネルギー堆積（DED）は、溶接の原理を利用して三次元オブジェクトを作成します。材料（通常は金属ワイヤーまたは粉末）は、レーザーや電子ビームなどの集束エネルギー源によって溶解されます。液体材料はビルドプラットフォームに精密に注がれ、急速に硬化して層を形成します。このプロセスはオブジェクトが完成するまで繰り返されます。
DEDの大きな利点の一つは、アイテムの作成だけでなく、既存の部品やプリフォームの修理や材料追加にも使用できることです。また、単一のプリントプロセスで複数の材料を利用できます。
3. マテリアル押出法
マテリアル押出法は、ホットグルーガンと同様に動作します。材料はコイルからプリンタに供給されます。ノズルの先端が材料を加熱して溶かします。液体材料はビルドプラットフォーム上に層ごとに配置され、冷却・固化してオブジェクトを形成します。
多くの企業や個人ユーザーが、低コストの装置と材料のためにマテリアル押出法を好んでいます。
この方法は積層造形の中で最も安価ですが、制約もあります。加熱要素が金属などの高密度材料を溶かすほど強力ではないため、プラスチックポリマーのみの使用に限定されます。これは工具や治具など、一部の用途では十分な耐久性がない可能性があります。
4. 粉末床溶融結合（PBF）
粉末床溶融結合（電子ビーム溶融（EBM）とも呼ばれる）は、通常プラスチック、金属、砂、または砂と混合されたセラミック粉末などの大量の粉末材料のベッドから始まります。
粉末はレーザーまたは電子ビームを使用して選択的に融合されます。ひと層の材料が融合されると、作業エリアが下がり、同じプロセスを使用して新しい層が上に構築されます。
PBFでは、オブジェクトの複雑さレベルが高く、他のタイプの積層造形で作成されるオブジェクトよりも強度が高くなります。粉末ベッドを必要とするため、清潔な作業環境を維持することが困難です。この方法は、粉末材料を扱う設備のない狭いスペースには最適ではありません。
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積層造形についてさらに学びたいですか？以下のブログトピックをご覧ください：
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5. シートラミネーション
シートラミネーション（超音波積層造形（UAM）または積層オブジェクト製造（LOM）とも呼ばれる）は、薄い材料シートを積み重ね、超音波溶接、接着、またはろう付けで結合する積層造形プロセスです。層が積み重なるにつれて、オブジェクトが形を成します。
すべての層が積み重ねられラミネートされると、CNCマシンまたはレーザーカッターが余分な材料を除去し、オブジェクトの最終形状を作ります。
複数の層で動作するため、シートラミネーションではさまざまな材料を重ねたり、フルカラーでプリントしたり、他の積層造形プロセスよりもはるかに低コストで製造したりできます。
シートラミネーションは比較的安価ですが、後処理が必要で、これが面倒で時間がかかる場合があります。シート状で提供できる材料（紙、プラスチック、金属など）に限定されます。ラミネート完了後にオブジェクトをトリミングする必要があるため、この積層造形プロセスにはある程度の廃棄物が伴います。
6. 光造形（バット重合）
光造形は粉末床溶融結合に似ていますが、粉末ベッドの代わりにフォトポリマー樹脂の槽を使用し、紫外線レーザーで層ごとに硬化させます。ひと層が完了すると、さらに樹脂が追加され、次の層が構築されます。このプロセスはオブジェクトが完成するまで続きます。
樹脂はかなり高価ですが、光造形は高い精度と良好な仕上げでオブジェクトを迅速に構築できます。
メリットがある一方で、光造形の製造業者はフォトレジン材料の使用に限定され、大量の後処理を実行する必要があります。プリントされたオブジェクトは樹脂から取り出し、使用前に洗浄する必要があります。
7. マテリアルジェッティング
バインダージェッティングと同様に、マテリアルジェッティングは材料を重ねてオブジェクトを構築します。しかし、粉末ベッドに接着剤を重ねる代わりに、マテリアルジェッティングはワックスのような材料を溶かし、ビルドプラットフォームに精密に液滴を堆積させます。層が積み重なるにつれて、オブジェクトが形を成します。
多くの製造業者がマテリアルジェッティングを利用するのは、比較的安価で、優れた精度と高品質な表面仕上げを提供するためです。残念ながら、マテリアルジェッティングはワックスのような材料のみの使用に限定され、壊れやすい場合があります。また、1滴ずつ構築するため、オブジェクトの構築により時間がかかります。
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積層造形手法を選択する前に、プロジェクトに何を求めているかを考えることが重要です。より予算に優しいオプションをお探しですか？それともより強力な造形材料を使用する必要がありますか？どのようなニーズであっても、貴社の生産に役立つ積層造形プロセスがあります。
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