数秒でトップ 10 の 3D プリント原理を理解するための 40 枚のアニメーション画像 (ポリマー部分 + 金属部分)!

出典: New Materials Online

3Dプリンティングは製造分野における新興技術であり、「産業革命的な意義を持つ製造技術」として知られています。この記事では、誰でも参加できる 3D プリント技術のトップ 10 をまとめ、アニメーショングラフィックスを使用して技術原理をわかりやすく紹介しました。
ポリマーセクションでは、SLA、CLIP、3DP、PolyJet、FDM という 5 つの主要テクノロジーを紹介しています。
1.SLA（ステレオリソグラフィー）
SLA（ステレオリソグラフィー）とは、紫外線を使って液体の感光性樹脂を照射し、重合反応を起こして層ごとに固め、3次元物体を生成する成形方法を指します。SLAで作成されたワークピースは寸法精度が高く、最も早く商用化された3Dプリント技術です。

SLA プロセスエンジニアリングは次のとおりです。
紫外線レーザー光源が層ごとにスキャンします
2CLIP（連続液界面生産技術）

CLIP（連続液体界面抽出技術）は、Carbon 3D が SLA 技術に基づいて開発した革新的な 3D 印刷技術で、3D 印刷の速度を 100 倍に向上させます。

CLIPは下から突出し、感光性樹脂を固めます。硬化の必要のない部分は酸素を制御することでデッドゾーンを形成し、光硬化反応を抑制し、安定した液領域を保つことで硬化の継続性を確保します。

光硬化反応酸素阻害光硬化プロセス光硬化デッドゾーンのデモンストレーション
CLIPプロセス
3.3DP（3次元印刷）

3DP は、従来の 2 次元インクジェット印刷に似た 3 次元印刷ラピッドプロトタイピング技術です。ノズルからバインダーを噴射し (色付きのバインダーで色付きの部品を印刷できます)、プラットフォーム上の粉末を結合して形を作ります。成形材料としては通常、石膏粉末が使用されます。現在、3DP テクノロジーの主な用途は、フルカラー 3D プリントと砂型鋳造の 2 つです。

以下は、Exone による 3DP テクノロジーを使用した砂型鋳造のプロセスです。

バインダージェッティング

加熱と硬化印刷と成形鋳造
4. ポリジェット
PolyJet はポリマー射出成形技術であり、その成形原理は 3DP 技術に似ていますが、注入されるのは接着剤ではなく光硬化性樹脂です。注入後、紫外線で硬化します。
ポリジェット成形原理
PolyJet はアレイ型ノズルを使用しており、異なる材料を同時にスプレーすることもできるため、複数の材料と複数の色の同時印刷を実現します。

アレイノズルの加工工程
ポリジェット印刷プロセス
5. FDM（熱溶解積層法）
FDM（熱溶解積層法）は、高温で材料を溶かし、プリントヘッドを通してフィラメント状に押し出し、それをコンポーネントプラットフォーム上に蓄積して形成します。 FDM は最もシンプルで最も一般的な 3D 印刷技術であり、通常はデスクトップ 3D 印刷装置で使用されます。

FDM テクノロジーの仕組みは次のとおりです。
消耗品押し出し成形、レイヤーバイレイヤー印刷プロセス、サポート除去、表面処理金属3D印刷技術は、金属部品のラピッドプロトタイピングと製造に直接使用でき、幅広い産業応用の見通しがあり、国内外で重点的に開発されている3D印刷技術です。
以下では、金属 3D プリントの 5 つの主要な原理である NPJ、SLM、SLS、LMD、EBM について説明します。

6. NPJ（ナノ粒子噴射）
NPJ技術は、イスラエルのXjet社が開発した最新の金属3Dプリント技術です。通常のレーザー3Dプリントに比べ、ナノ液体金属を使用し、インクジェット方式で堆積します。印刷速度は通常のレーザープリントの5倍速く、精度と表面粗さに優れています。

Xjet 機器の動作プロセスは次のとおりです。
金属粒子の精製液滴中の金属粒子分布液滴噴射プロセス液相放電プロセス焼結後の部品
7.SLM（選択的レーザー溶融）

SLM（選択的レーザー溶融）は、現在金属 3D プリントで最も一般的な技術です。細かく焦点を絞った光スポットを使用して、事前に設定された金属粉末を素早く溶融し、あらゆる形状の部品を直接取得し、完全な冶金結合を実現し、その結果、生産密度は 99% 以上に達します。

レーザーガルバノメータシステムは、SLM の主要技術の 1 つです。以下は、SLM ソリューションのガルバノメータシステムの動作図です。
レーザー放射レーザー伝送走査ガルバノメーターレーザースキャン金属粉末の溶融溶融プロセス金属 3D 印刷プロセスでは、部品が複雑なため、サポート材を印刷する必要があります。部品が完成したら、サポート材を除去し、部品の表面を処理する必要があります。
サポートを除去するための後処理
8.SLS（選択的レーザー焼結）
SLS は Selective Laser Sintering (選択的レーザー焼結) の略で、レーザー出力以外は SLM 技術に似ています。通常はポリマーの 3D 印刷に使用されます。

プラスチック部品の SLS 準備プロセスは次のとおりです。
レーザー焼結後のモデルの後処理
SLS は金属部品やセラミック部品の製造にも使用できますが、結果として得られる部品は密度が低いため、使用前に後処理による緻密化が必要です。
金属部品のSLS製造
9.LMD（レーザーメタルデポジション）
LMD はレーザー溶融クラッディング技術の略です。この技術には多くの名前があり、さまざまな研究機関が独自に研究して名前を付けています。よく使用される名前には、LENS、DMD、DLF、LRF などがあります。SLM との最大の違いは、粉末がノズルを介して作業面に集められ、レーザーと一点に収束することです。粉末が溶融して冷却されると、堆積したクラッディングエンティティが得られます。

LENS テクノロジーの仕組みは次のとおりです。
同軸粉末供給工法

10.EBM（電子ビーム溶解）
EBM は電子ビーム溶解技術の略です。そのプロセスは SLM と非常に似ています。違いは、EBM で使用されるエネルギー源が電子ビームであることです。 EBM の電子ビーム出力エネルギーは通常、SLM のレーザー出力よりも 1 桁大きく、スキャン速度も SLM よりもはるかに高速です。そのため、EBM の構築プロセスでは、成形プロセス中の過度の温度上昇を防ぎ、大きな残留応力を発生させるために、モデリングテーブル全体を予熱する必要があります。

EBM の作業プロセスは次のとおりです。
全体の予熱により印刷レーザー成形プロセスが開始されます

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