3D金属押出積層造形はアディティブマニュファクチャリングの未来か？

3D金属押出積層造形が市場で地位を確立しつつあります。他の3D技術より手頃な価格帯で、業界に変革をもたらす可能性を秘めています。この分野の主要プレーヤーとその強みを紹介します。

最近の3D金属造形ニュースを見れば、少なくとも関心を持たれているはずです。製造業者は直接金属レーザー焼結（DMLS）や電子ビーム溶解（EBM）で、ジェットエンジン燃料ノズルから医療用義肢まで多様な部品を造形しています。貴社も試作、治工具、少量生産部品でこの技術を活用しない理由はありません。

しかし、これらの部品を造形するプリンターは高価です。レーザー式粉末床機はソフトウェア、トレーニング、付帯設備を含め50万ドル以上。実際に造形する金属粉末はしばしば専有技術であり、焼結用レーザーも同様です。

新たな3D金属押出プレーヤーの台頭

落胆する必要はありません。新種の3D金属プリンターが最近市場に登場しました。これらは低コスト、比較的扱いやすく、最終用途部品として十分な完全緻密な金属部品を造形します。従来の粉末床システムに代わる独自技術を持つ約12社の機械メーカーが存在します。いくつか例を挙げます。

3D積層造形はハイプにもかかわらず実用的か？ 「製造業における3Dプリンティングの意義」で詳しく。

3D金属押出プロファイル：Markforged、Desktop Metal、Digital Metal

MarkforgedのMetal Xプリンターは、独自の原子拡散積層造形（ADAM）技術を用い、17-4 PHや303ステンレス鋼、アルミニウム、インコネル、チタン等（今後追加予定）で部品を造形します。

この技術は、プラスチックバインダーと混合された粉末金属のロッド状シリンダーをノズルから押し出し、厚さ50μm（0.002インチ）の層を積み上げます。完成した「グリーンパーツ」は洗浄ステーションで一部バインダーを除去し、炉で残留バインダーを燃やし切り、金属粒子を融合させます。フルシステム価格約10万ドルで、製造コストは他の金属積層技術の最大1/10、切削加工の最大1/100と報告されています。

3D金属押出プロファイル：Desktop Metal、Digital Metal

Desktop Metalは2機種の3D金属プリンター、Studio SystemとProduction Systemを提供します。Studio Systemは「オフィスフレンドリー」なプリンターで、Markforged類似の押出プロセスを採用。特許取得のバインダーメタルデポジションプロセスで、17-4 PH、316L、インコネル等の粉末をポリマー混合で造形。層厚50μm（0.002インチ）、造形速度16cm³/時（1in³/時）が可能。ここでも部品は脱脂ステーションで洗浄後、最大1400℃（2552°F）の炉で焼結されます。Desktop Metalもレーザー式3D金属プリンターの1/10コストを謳います。

造形速度最大8200cm³/時（500in³/時）のProduction Systemは、レーザー式金属プリンターの100倍高速とされ、明確に大量生産向け設計です。32,000ノズルと双方向粉末散布装置を用いたシングルパスジェッティング技術で、秒間数百万滴のバインダー液滴を各粉末層に堆積。後でサポート構造を容易に除去できる抗焼結剤も使用。「ブラウンパーツ」は金属融点直下の温度で炉内焼結され、完全緻密な製品になります。

2019年まで商業提供されませんでしたが、約40万ドルのProduction Systemコストはレーザー式粉末床プリンターに近づいていますが、少なくとも10万個までは金属鋳造と同等の部品単価を実現するとされます。

3D積層造形を深掘りしたい方は「金属3Dプリンティングの独自の課題と解決策」をご覧ください。

3D金属押出プロファイル：Digital Metal

Digital MetalのDM P2500はバインダージェッティング技術を採用するもう一つの3D金属プリンターです。スウェーデンのHöganäsグループ（金属粉末大手サプライヤー）の一員として、Digital Metalは航空宇宙、自動車、医療等で20万個以上の高品質3Dプリント部品を製造した実績があります。層厚42μm（0.0016インチ）、特徴分解能35μm（0.0014インチ）が可能。造形速度はDesktop Metal Studio Systemに近い100cm³/時（6in³/時）ですが、極めて微細なディテールと「医療グレード」の表面仕上げを達成するとされます。

他にも多数のシステム・技術があります。例えばAM機械メーカーExOneは青銅からタングステンまで多様なバインダージェッティング機と材料を提供。Vader Systemsは電磁場で液体金属から部品を造形。Pollen AMのペレット積層造形は、既存粉末系システムの最大1/5コストのMIM原料を使用。

レーザー式3D金属プリンターにも役割がありますが、これら代替技術には多くの利点があります：レーザー式のような熱応力がないため、造形中の部品保持用サポート構造を簡素化・排除可能。これにより造形チャンバー全体を活用でき、数百〜数千個の小型部品を単一の無人操作で処理できます。

使用されるサポート構造も除去が容易で、二次加工や手仕上げを不要にできる場合があります。使用金属がMIMと同じため、航空宇宙・医療分野の認証取得が容易。レーザー式で必要なアルゴン・窒素ガスが不要で、アルミ・チタン粉塵環境でのレーザー発火・爆発リスクもありません。

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