粉末堆積法を使用して安価でスケーラブルな多層 3D プリントを実現する方法

3D プリント会社 Aerosint のエンジニアは、マルチマテリアル 3D プリントの将来に関する同社のビジョンを概説した記事を公開しました。以前に報告したように、ベルギーの SLS 専門家はすでにマルチマテリアル 3D プリンターの開発実験を行っており、この技術のさらなる開発は製造業界に変革をもたらす可能性があります。ほとんどの製品は複数の材料から作られることが多いため、マルチマテリアル 3D プリンティングは、積層製造技術とそれを開発する企業の将来にとって重要です。同じシステムで異なる材料を同時に 3D プリントすることが容易になるまで、この技術の大量生産への応用は、旧式部品のリバースエンジニアリングによる代替品に限定されたままとなるでしょう。

マルチマテリアル 3D プリンティングは、スケーラビリティとコストパフォーマンスの観点から、現時点では実現が困難です。複数の材料を 3D プリントする最も一般的な方法の 1 つは、複合材料です。複合材料は、実際にはさまざまな方法で結合された 2 つの異なる材料です。これにより、高い耐熱性や機械的強度など、両方の材料の特性が組み合わされます。金属合金や繊維強化ポリマーは、このような複合材料の良い例です。

傾斜機能材料 (FGM) は、Aerosint の記事で複合材料界の「聖杯」と呼ばれた、おそらく最高の複合材料です。通常の場合のように強化材がベース材料全体に分散されるのではなく、FGM は 2 つ以上の材料で構成され、各材料の間には勾配界面があり、一方から他方へスムーズに移行します。これにより、2 つの材料間の鋭い境界に集中して弱点が生じるのに比べて、機械的、熱的、化学的応力がより適切に分散されます。

FGM は、単一の材料コンポーネントでは必然的に故障してしまうような、非常に高い熱、機械的、化学的ストレスの厳しい環境で非常に役立ちます。 FGM では、各材料の機械的、熱的、または化学的利点が、他の材料の欠点を効果的に相殺します。

ほとんどの 3D 印刷技術は、何らかの方法で FGM を作成できます。 FDM 3D 印刷技術では、複数のポリマーを融合して多層押し出しシステムを形成できます。このアプローチの可能性を実証するために、ミシュランは最近、さまざまなポリマーを組み合わせて、構造全体で非常に異なる弾性特性を持つ先進的なコンセプトのタイヤを製造しました。ただし、このアプローチは規模と速度の点で依然として限界があります。大量生産の要求により、FDM はプロトタイプの製造に限定されています。

より高度な 3D 印刷技術である直接金属堆積 (DMD) を使用すると、ほぼ連続的な勾配を持つ金属間および金属セラミックの FGM 複合材料を生成できます。この方法の欠点は、費用がかかり、時間がかかることです。技術自体の購入と維持には多額の費用がかかり、各部品を 1 つずつ構築する必要があります。材料の廃棄は、廃棄率が約 70% に達し、DMD のさらなる導入を妨げるもう 1 つの深刻な問題です。

将来的には、SLS または SLM 3D 印刷技術によって、効率的でスケーラブルかつ手頃な価格の FGM 部品の生産が実現される可能性が高くなります。これらの粉末床技術は高速で、比較的安価であり、さまざまなサイズのバッチを生産できます。しかし、FGM 複合材料を大規模に製造する方法はまだ実証されていません。粉末床融合技術を使用して FGM 複合材料を作成するための鍵は、印刷プロセスをボクセルレベルで制御できる、デュアルマテリアル共焼結と組み合わせたマルチ粉末堆積システムです。 Aerosint 社は、この方向に沿った製品をいくつか開発しており、これまでに二重粉末堆積を実現しています。理論的には、材料の数に制限はなく、流動性と粒度分布が SLS プロセスと互換性がある限り、粉末はポリマー、金属、セラミックにすることができます。

3D プリントにおける複数材料複合材の統合が実現すれば、付加製造の可能性が大きく広がる可能性があります。あらゆる製造業は、複雑な形状と高度な材料特性を備え、迅速かつオンデマンドで生産できる、手頃な価格の新世代部品の恩恵を受けるでしょう。

出典: 3D Tiger

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