「間接」金属3Dプリントという新しいジャンルは、「直接」にどのような影響を与えるのでしょうか？

金属3Dプリントは現在、3Dプリントの分野で最も話題になっています。航空機エンジン部品から宇宙衛星部品の製造まで、金属3Dプリントは注目の的となっています。しかし現実には、金属 3D プリントは、さまざまな印刷技術やさまざまな金属原材料 (金属粉末、金属線、金属シート) を使用しているにもかかわらず、通常は区別せずに一緒に積み重ねられている多種多様な技術を含む広範な概念です。

しかし、全体的には2つのカテゴリーに分けられます。1つ目は、粉末床溶融（SLM、EBM）、直接エネルギー堆積（LENS）などの技術を含む「直接金属3D印刷技術」です。2つ目は、バインダーの除去と焼結のための後処理加熱を必要とする金属射出成形（MIM）、バインダージェッティング、FDM溶融押し出し金属3D印刷技術などの「間接金属3D印刷技術」です。また、MarkforgedやDesktop Metalなど「間接」技術関連の企業が多額の資金調達を継続するなど、積極的かつ好調な動きを見せていることから、 「間接」金属3Dプリントという新ジャンルは「直接」にどのような影響を与えるのだろうか？ 》このような考えと議論を経て、南極熊は「間接金属3Dプリント技術」のメーカーと設備を詳しく調査し、熊愛好家に包括的な理解を提供します。ご参考になれば幸いです。

Markforged 原子拡散積層造形 (ADAM) テクノロジー
メーカー:アメリカの3DプリンターメーカーMarkforged
モデル: Metal X メタル 3D プリンター

△メタル×メタル3Dプリンター
テクニカル分析:
ADAM はバインダージェッティング技術に似ています。まず、プラスチックバインダーで包まれた金属粉末を層ごとに堆積させて 3D エンティティを構築します。次に、バインダーを焼結によって除去し、金属部分のみを残します。注目すべきは、焼結プロセスは金属結晶が結合層に「浸透」できるようにする全体的な焼結であるため、この技術によって生成される印刷物は非常に強力であり、産業界で直接使用できることです。原子拡散とは、高温での原子の熱運動によって結晶の位置制約が破られ、原子が変位および移動する現象です。通常、高温で起こる相変化および沈殿プロセス中に、鉄原子および合金原子は拡散によって相構造および組成を変化させます。これが拡散相変化です。

ADAM とバインダージェッティング技術を採用した Markforged 金属 3D プリンターで使用される材料はフィラメントです。金属粉ではなく金属線です！これにより、METAL X がさらに便利に使用できるようになります!厳しい使用環境を必要とせず、METAL Xでプリントした部品は焼結後すぐに使用可能！

△Metal X金属3Dプリンターの印刷プロセスMetal Xは材料の互換性も非常に良好で、現在はチタン、アルミニウム、高級ステンレス鋼17-4、303など、さまざまな金属を印刷できます。将来的には、射出成形プロセスでよく使用される工具鋼も印刷できるようになると言われています。さらに、クラウドソフトウェア「Eiger」に接続可能なレーザー検出システムも搭載しており、印刷工程中の各印刷層の状態を検知することができます。
Metal X 金属 3D プリンタープロトタイプの特徴:低コスト:使用コストは他の金属 3D プリンターの 10 分の 1、従来の金属加工および製造の 100 分の 1 にすぎません。
使いやすい:クラウドベースのプリンター管理ソフトウェア、内蔵のタッチスクリーンインターフェイス、自動材料追跡により、Metal X システムは金属部品を製造する最も簡単な方法になります。
利点:
プラスチックマトリックスに金属粉末を印刷することで、従来の金属 3D 印刷に伴う安全上のリスクが排除され、同時に、クローズドセルインフィルなどの新しい機能により部品の重量とコストを削減できます。

Metal X メタル 3D プリンターのパラメータ:

印刷サイズ

250mm×220mm×200mm

監視パラメータ

50ミクロンの電子ビーム径

1ミクロンのZ軸解像度

機械サイズ

575mm×467mm×1432mm

Z軸解像度

50ミクロン

印刷材料

17-4ステンレス鋼

303ステンレススチール

A-2 工具鋼

D-2工具鋼

6061アルミニウム合金

7075アルミニウム合金

IN 合金(インコネル)625

チタンTi-6Al-4V

ソフトウェア

シングルユーザーサインオン

2要素認証

印刷キューの管理

新しい機能を最初に使用する

クラウドベース

ローカルストレージ

イスラエル XJet ナノ粒子射出成形技術
メーカー:イスラエル XJet
モデル:カーメル 700 およびカーメル 1400

△カーメル1400 3Dプリンター
テクニカル分析:
XJET 3Dプリント技術の進化の源は、HPの平面印刷技術から始まり、その後Objet 3Dプリント技術（材料は石膏粉末+接着剤+着色剤）に進化し、現在はXJET 3Dプリント技術（材料は金属微粒子+接着剤）に進化しています。技術ルートは一貫していますが、大きな進歩を遂げています。

技術原理:
1. 高分子金属粒子をナノサイズの粒子に粉砕する。

2. バインダーにナノ粒子を注入して完全な印刷インクを形成します。

3. 特殊なノズルからインクを噴射して印刷します。

4. 成形後、ビルドチャンバーは以前に塗布された接着剤を蒸発させ、金属部分のみを残します。成形温度は約 300°C です。

技術的特徴:
①製品精度が高い ②製品サイズに柔軟性がある ③材料利用率が高く、コストが節約できる ④研磨せずに直接適用可能な製品が得られる ⑤不活性ガスや真空環境が不要で、より安全 ⑥材料の選択が便利で、粒子サイズを調整できる ⑦サポートの取り外しが簡単 ⑧印刷プロセス全体がシンプルになる
しかし、印刷された部品の耐熱性が従来の金属 3D 印刷よりも低いという欠点もあります。
XJet ナノ粒子射出成形技術で金属部品を印刷する利点の 1 つは、通常のインクジェットプリントヘッドをツールとして使用できることです。 2 つ目の利点は、サポート構造を特別な技術で溶解できるため、外力を必要とせずに除去できることです。サポート構造を構築するために同じ材料を使用する必要がある通常の選択的レーザー焼結 (SLS) 金属 3D 印刷プロセスと比較して、実現が容易で、廃棄物を大幅に削減できるため、コストを削減できるだけでなく、設計者に大きな自由を与えます。溶解によって除去されるため、理論的には無限に追加できます。

Carmel 700 および Carmel 1400 3D プリンターの紹介
類似点:
①金属とセラミックの両方を印刷でき、印刷品質（表面品質、詳細、精度を含む）が非常に高いです。
② どちらもインタラクティブなタッチスクリーンを採用しており、操作が非常に簡単です。
③プリントされたサポート構造は簡単に取り外すことができます。

違い:
①Carmel 700はプリントサイズが500mm×140mm×200mmと小さいのに対し、Carmel 1400は500mm×280mm×200mm（約1400立方センチメートル）と大きいです。
②Carmel 1400はアプリ経由で遠隔制御・監視できますが、Carmel 700はできません。
③ 対象物とサポート構造の印刷には異なるインクを使用します。

HP Metal Jet 3D 印刷技術 (ボクセルレベルのバインダージェッティング技術)
メーカー: HP
モデル: HP Metal Jet 3D プリンター

△HP Metal Jet金属3Dプリンター技術原理：
HP Metal Jet は、まず HP Metal Jet (金属射出成形) 3D 印刷技術を使用して印刷し、その後炉に入れて焼結します。 HP バインダーは、サーマルインクジェットプリントヘッドから噴霧される水性ポリマー液剤です。バインダーは毛細管力によって粉末床の粉末隙間に浸透し、均一に分散し、高温放射下で金属粒子を結合し、溶媒を部分的に蒸発させます。印刷が完了すると、部品は炉で焼結され、この過程でバインダーが分解されます。HPの公開情報によると、部品の密度は93％です。

技術図:
粉末をプラットフォーム上に層状に広げ、次にバインダーを選択的に噴霧して金属粉末を固めます。印刷後、部品は焼結のために炉内に置かれます。冷却後、寸法と表面仕上げの要件を満たすように部品を機械加工および研磨することができます。金属プリンターの各プリントヘッドは、それぞれ 5,280 個のノズルを備えた 2 つの独立した構造で構成される 108 mm (4.25 インチ) のプリントベルトを生成できます。

HP Metal Jet の利点:
高効率<br /> 造形サイズ: 430 x 320 x 200 mm。
設計の反復はわずか数日で完了し、製品開発が加速されます。
脱脂や複雑な後処理は必要ありません。金属射出成形（MIM）では、脱脂プロセスに最大 20 時間かかります。
HP Metal Jet ソリューションはプロセスを短縮し、製造効率を向上させます。

低コスト<br /> 金属3Dプリンターの価格は399,000ドル未満（約2,740,000人民元、これは2020年に発売されたときのHPプリンターの推定価格です）です。
HP プラットフォームはオープンであり、低コストの材料および焼結後の処理ソリューションと互換性があります。
再利用性が高く、材料の無駄を削減します。

高品質<br /> 最大 1200 x 1200 dpi の解像度で複雑な部品の印刷を可能にします。（dpiとは、1インチを1200等分する精度を指します）層の厚さは50〜100ミクロンに達することがあります。
HP 独自の接着剤により、金属部品の機械的強度が確保されます。
焼結後の密度は MIM と同様に 93% 以上です。
厳格な工業製造技術により、安定した一貫した印刷品質が保証されます。 ASTM (米国材料試験協会) 業界標準に達しているか、それを上回っています。

△HP Metal Jetで印刷したサンプル同様に、バインダージェッティング技術のエキスパートであるExOneは、同社のINNOVENT+微細金属射出成形（MIM）技術と大量生産能力を組み合わせた新しい3Dプリンター、X1 25PROを発売しました。この新しい機械は、MIM、粉末冶金、製造業の顧客を念頭に置いて開発されており、量産に最適です。
X1 25PRO を使用すると、顧客は 316L、304L、17-4PH ステンレス鋼、インコネル 718 および 625、M2 および H11 工具鋼、コバルトクロム合金、銅、タングステンカーバイドコバルト、およびその他の金属合金を含む標準の粉末冶金粉末を使用して高品質の部品を製造できるようになります。
スウェーデンの DigitalMetal バインダージェッティング金属 3D プリント技術
メーカー:スウェーデンの DigitalMetal
型式： DMP2500 バインダージェッティング金属3Dプリンター △DMP2500 バインダージェッティング金属3Dプリンタースウェーデンの DigitalMetal 社製高精度バインダージェッティング金属3Dプリンター DMP2500 は、「これまでのどの技術よりも小型で複雑な部品」を製造できます。

技術原理:
バインダージェッティングは、工業グレードの材料を使用した複雑な部品の 3D プリントに使用されます。液体バインダーを堆積させて金属粉末粒子に追加する付加製造プロセスです。層状の材料は結合されて金属物体になります。粉末とバインダーを重ねて印刷します。これは新しい技術ではありません。接着剤ベースの 3D 印刷技術は 20 年前に MIT で開発されました。今では特許が切れたため、急速に発展しています。
DMP2500:
この機械は金属粉末を使用し、連続生産が可能で、印刷速度は最大 100 立方センチメートル / 時、層厚は 42 ミクロンで、カスタム部品の製造に最適です。 2,500 立方センチメートルの大きな造形容積を持ち、1 回のパスで最大 50,000 個の部品を印刷できます。さらに良いことに、これらのプリントにはサポート構造は必要ありません。この機械は、焼結前に洗浄された粉末を再利用できるため、非常に効率的です。その結果、生産量が増加し、スクラップが少なくなり、ダウンタイムが最小限に抑えられます。さらに、コンポーネントの内部構造に対する比較的小さな（しかしこれまでは達成できなかった）変更により、製品全体の効率が 30 パーセント向上しました。

DMP2500 技術仕様: XY 解像度 35 ミクロン、加工前の平均表面粗さは Ra6 ミクロン。これらの数字は、プリンターが非常に小さなサイズであっても「医療グレードの滑らかさを備えた複雑な構造」を生成できることを意味しています。 DMP2500 は、印刷後に焼結されるため、さまざまな材料を扱うことができます。

FDM金属射出成形（MIM）3Dプリント技術
メーカー:佛山源一龍
装備:ゲンイーロン P/F2DM
△ Genyilong P/F2DM技術の原理：
基本的なプロセスは、金属粉末とバインダーをレオロジー特性を持つ混合材料にし、FDM 技術を使用してブランクを印刷することです。ブランクをバインダーから取り外し、高温で焼結すると、さまざまな金属部品が得られます。

技術的特徴:
1. さまざまな粉末材料の成形に適しており、広く使用されています。
2. 原材料の利用率が高く、生産の自動化度も高いため、連続大量生産に適しています。
3. 複雑な幾何学的形状の小さな部品を直接成形できます（0.03g〜200g）。
4. 部品の寸法精度（±0.1%～±0.5%）が高く、表面仕上げも良好（粗さ1～5μm）です。
5. 製品は相対密度が高く（95～100％）、構造が均一で性能が優れています。

MIM 技術のプロセスフローチャート:

△ Genyilong P/F2DMの印刷サンプルGenyilong P/F2DMに適した材料

従来ステンレス鋼シリーズ S304L S316L 17-4PH
低合金鋼シリーズ Fe 2 Ni Fe8Ni 8740
超合金シリーズインコネル718 インコネル713C インコネル625
工具鋼およびダイス鋼シリーズ SKD11 SKH51
セラミックシリーズ AL 2 O 3 SiC ZrO 2
その他の無機材料および高分子材料

Yilong 3D金属ペレット成形機の特徴:

粒子形成、特殊な金属粒子を印刷します。融点は合金粒子の融点に近いです。金属粒子が形成された後、脱脂と焼結が必要です。
PLAなどの粒子を直接印刷できます。FDMと比較して、ワイヤーに巻く必要がないため、コストを節約できます。さまざまな材料の融点を知ることで、適切な印刷温度を調整できます。
目詰まりなく粒子が形成され、印刷の連続性が良好です。

GEバインダージェッティングメタル 3D プリンター
メーカー: GE
機材: H1 3Dプリンタープロトタイプ（未発表）

△H1 3Dプリンタープロトタイプ技術原理：
バインダージェッティング技術では、バインダー材料を使用して金属粉末粒子を特定の形状と構造に結合します。このプロセスは、レーザービームを使用して金属粉末を溶かし、層を融合して形状を形成するレーザー焼結とは大きく異なります。一方、バインダージェッティングでは、特定の (独自の) バインダー材料を平らな金属粉末のプリントベッドに堆積し、接着剤が塗布された場所で金属粒子がくっつくようになります。このプロセスは、目的の構造（3D モデルによって決定）が完成するまで、層ごとに繰り返されます。

GE は、同社のバインダージェット 3D プリンターはレーザーシステムよりも「少なくとも 10 倍速く」印刷できると主張しています。さらに、より大きな部品の製造も可能です。この技術の唯一の欠点は（レーザー 3D 印刷と比較して）、印刷された部品により多くの後処理が必要になることです。とはいえ、金属粒子は単に接着されているだけなので、印刷された物体は依然として比較的壊れやすく、金属粒子を適切に融合させるには工業用オーブンで硬化させる必要があります。
△印刷サンプル
金属印刷におけるバインダージェッティング技術の重要性
1) 成形材料の多様化： SLM と EBM、特にレーザーと粉末の相互作用には、粉末の吸収率の問題が伴います。反射率の高い金属粉末の多くは、溶融して成形するのが困難です。また、特殊成分を含む粉末も多く、スムーズに成形できず、印刷に失敗することがあります（主成分の融点が他の成分の沸点よりも低い合金など）。バインダージェッティング技術の成形特性により、この現象の発生をより適切に回避できます。

2) 後処理がより便利：サポートの追加という点でも、バインダージェッティング技術には大きな利点があります。粉末の自己サポートの使用により、後処理が大幅に簡素化されます。また、サポートを減らすために印刷の配置を妥協する必要はありません。効率を上げるために、時間を短縮する方向に印刷するようにしてください。

3) 印刷された構造がより複雑:一部のキャビティと閉じたグリッド構造では、SLM を使用する場合に複雑なサポートが必要になりますが、バインダージェッティング技術を使用すると、この問題をより適切に回避できます。

4) より環境に優しい粉末洗浄方法:バインダージェッティング技術では、SLM のように完全に洗浄してふるいにかける必要がありません。固定されたポイントで粉末を吸引する回収装置のみが必要です。

5) より大きな成形フォーマット:大きなフォーマットの歪みの問題がないため、バインダージェッティング技術は大きなフォーマットの成形を実現できます。Exone の金属インクジェットプリンターの成形サイズは 800 x 500 x 400 mm です。

6) メンテナンスが容易: SLM はレーザー成形を使用し、レーザー光路を定期的にメンテナンスする必要があり、アフターセールス担当者が現場でサービスを提供する必要があります。同様に、EBM にもメンテナンスの問題があります。接着剤のスプレー技術ははるかにシンプルで、ノズルの洗浄のみが必要なので、シンプルで便利です。

デスクトップ金属結合金属堆積 (BMD)
メーカー: Desktop Metal、米国
設備:デスクトップレベルのスタジオと産業レベルの制作

技術原理:
複合金属堆積法 (BMD) は、金属 3D 印刷で最も一般的に使用されるレーザー溶融法 (SLM) とは異なります (レーザーは使用されず、使用される材料は金属粉末ではありません)。材料がプラスチックではなく金属である点を除けば、どちらの方法も液滴を押し出して層ごとに積み重ねることで 3D エンティティを構築するという点で、熱溶解積層法 (FDM) に似ています。金属線を原料として、誘導などの方法で線を溶かし、静電気力/磁場の作用でノズルから吐出された液滴の表面張力を制御し、圧力の作用で金属液滴を成形プラットフォーム上に堆積させます。成形プロセス中、プラットフォームと射出システムの温度を制御し、形成された欠陥を監視および修復します。
技術説明: △粉末スプレッダーが金属粉末を印刷領域に正確に広げ、ローリングシステムが粉末を髪の毛ほどの薄層に押し付けます。△16,000個のノズルが1秒間に100万滴の速度で接着剤を噴霧し、金属粉末を結合して高解像度の薄層を形成します。△次に、焼結防止剤を噴霧して部品のサポート構造を取り除き、後処理の時間を節約します。△薄層を焼き、この操作を繰り返します。△金属部品は層ごとに印刷され、印刷速度は非常に高速です。△最後に、マイクロ波炉に入れて緻密化処理を行います。つまり、金属粉末は高温加熱によって焼結され、同時に薄層の間に噴霧された接着剤も除去されます。
技術的な利点:
金属3Dプリンターのコストはある程度まで削減されました。
印刷消耗品のコストがある程度削減されます。
作業環境に対する要件が大幅に軽減されます。

スタジオのハイライト:
1. 安全でシンプルレーザーを使用せず、粉塵汚染を回避するため、DMスタジオシステムはあらゆる環境でも安全です。他のシステムとは異なり、DM スタジオシステムでは、サードパーティの機器、外部換気、特別な設備は必要なく、電気とインターネット接続のみが必要です。

2. 分離可能なサポート
DM studio System 独自の取り外し可能なサポートにより、サポート構造を手動で取り外すことができます。金属後処理における大きな困難が完璧に解決されました。。

3. 高密度、高品質部品
SYS のプロセス技術は、密度が 96% ～ 99% (使用する合金材料によって異なります) の高品質コンポーネントを保証し、部品の性能は鍛造品と同等です。

Virtual Foundry 低コスト金属 3D プリントソリューション、FDM 成形 → 脱脂 → 焼結
メーカー:バーチャルファウンドリー

装備:プロトタイプ

技術原理:
印刷は、3Dプリント→脱脂→焼結の3段階に分かれています。コスト、セキュリティ、可用性の面で大きな利点があります。 Virtual Foundry の金属 3D 印刷システムは、CAD から金属部品までの完全なワークフローソリューションを提供します。わずか 10,000 ドルで金属を 3D プリントできます。
印刷: Virtual Foundry の Filamet™ 金属 3D 印刷フィラメントは、家庭用から産業用 3D プリンターまで、あらゆるプリンターで完璧に機能します。 PLA を印刷できる場合は、Filamet™ も印刷できます。特別な調整や機器は必要ありません。83% 以上の金属含有量を持つこれらのフィラメントは、通常の 3D プリンターと同じように使用できます。

脱バインダー: Filamet™ で印刷されたオブジェクトは加熱するだけでバインダーを除去できるため、このステップでは追加の機器は必要なく、焼結プロセス中に簡単に実行できます。

焼結: Virtual Foundry は、最高温度 1400°C の炉を使用した完全自動焼結を提供します。閉ループ熱制御を使用して事前にプログラムできます。キットには、真空ポンプ、クランプ、手袋、焼結ボート、耐火バラストなど、開始するために必要なものがすべて含まれています。

技術的な利点:
- 通常の 3D プリンターを使用します。
- サイズは 3D プリンターと炉の制限によってのみ制限されます。
- 安全性が高く、製造のどの段階でも金属粉が空気中に浮遊することはありません。低コストの金属 3D プリント教育ソリューションに組み込むこともできます。教育者はすでに、新素材や金属添加剤に関するコースに Filamet™ を取り入れています。

武漢 Yizhi 3DP 粉末接合金属 3D プリンター

技術原理：武漢易志3DP粉末接合金属3Dプリンターは、複合金属粉末材料（金属粉末基板、焼結促進剤、還元剤などを含む）を採用し、高速マルチジェットシングルパス成形技術により、粉末床に多成分成形剤を噴霧します。追加のサポートは必要なく、脱脂や焼結などの後処理方法を通じて完成した金属部品が製造されます。
この技術により、金属 3D プリント部品を大量生産できるだけでなく、部品の場所によって異なる特性を持たせることも可能になります。成形剤に含まれるバインダー成分は粉末を結合させて成形します。改質剤成分の割合を調整することで、部品の硬度、耐摩耗性、耐高温性を変えることができます。たとえば、部品の表面に硬度と耐摩耗性を追加します。この技術では、レーザー溶融技術ほど金属粉末材料に対する要求が高くありません。粉末の形状は球形である必要はなく、楕円形やその他の不規則な形状でもかまいません。これにより、材料コストが大幅に削減されます。明らかに、この技術は印刷コストを大幅に削減できるため、生産速度、品質の向上、コストの削減を実現できる金属製造技術として広く使用されています。

技術的特徴:
1.レーザー焼結システムを使用する必要がなく、粉末材料の形状に制限されることなく複合金属粉末材料を直接印刷できます。
2.サポートを追加する必要がなく、金属部品の印刷の大規模生産が可能になります。
3. 部品の印刷コストと処理サイクルを大幅に削減します。
4. 独自の技術により、部品表の修飾子成分を調整することで、部品の硬度、耐摩耗性、耐高温性を変更し、さまざまなニーズを満たすことができます。
5. 航空宇宙、医療、金型、鋳造、大学、研究機関、材料研究などの分野に適しており、工業製造に関連しています。
6. 脱脂および焼結プロセス中に一定の収縮率が発生しますが、これはソフトウェアで補正できます。

では、このデバイスは実際のアプリケーションでどのように機能するのでしょうか? 400mm×400mm×150mmの金属底金型一式を加工したとのこと。従来のCNC加工方法を使用すると、通常15〜30日かかりますが、この技術を使用すると、処理サイクルは1日しかかからず、コストは約800〜2000元です。明らかに、3DP 金属プリンターは、靴工場での靴の型を一度に迅速に生産する際の時間コストを大幅に削減できます。金属製の靴の型 1 組をわずか 1 日で印刷できます。これにより、金型の研究開発および製造における処理サイクルが大幅に短縮され、生産コストが削減されます。