ラスベガスの CES での 3D プリントのヒント

2017 CES は終わったばかりですが、その余韻はまだ残っています。 Antarctic Bear もライブレポートを行いました。 Antarctic Bear Live: 米国の 2017 CES ではどのような 3D プリント製品が展示されるのでしょうか?
今年のCESには世界中から約4,000社の出展者が集まり、ラスベガスには18万人の来場者が訪れました。その中には、3D プリント軍とそのファンクラブがあります。
今回のCESの3Dプリンティングエリアには合計56社の出展者が登録しています。コンシューマーエレクトロニクスショーというだけあって、参加メーカーが展示する製品はほぼ全てコンシューマーレベルの製品です。出展者の分布は以下の通りです。

図1 CES 3Dプリンティング出展者の分布中国と米国の出展者数は同数で、合計86％を占めています。英国、フランス、日本、イタリア、チェコ共和国などの他の国は、わずかな割合を占めるだけです。もちろん、参加企業の割合は売上高などの市場状況を反映するものではありません。しかし、出展者の数は依然として、中国と米国の消費者向け3Dプリンター機器メーカーが積極的に市場と生き残りの方法を模索していることを反映している。展示会には多くの商人が参加し、多くの企業が自社の3Dプリント製品にWIFI接続、材料不足の自動検出、中断回復機能などを追加したが、材料のブレークスルー、技術のブレークスルー、アプリケーションのブレークスルーの面で大きな革新は見られなかった。

1. MetalX（Markforged）、わずか10万ドルの金属3Dプリンター
Markforged は、繊維強化印刷技術、特にアルミニウムに匹敵する機械的特性を実現できる連続炭素繊維強化により、競争の激しい FDM 市場に足場を確立しました。今回発売された金属3Dプリンター「MatalX」は革新的な技術と謳われており、その技術名称は原子拡散積層造形法（ADAM）です。

成形原理：金属粉末をPLAなどのポリマーと混合し、混合物をノズルから押し出し、燃焼させてポリマー材料を除去します。さらに焼結することで、一定の強度を持つ金属部品が得られます。

この時点で、何人かの友人が、「原子拡散」という高尚な響きとは何なのかと尋ねました。ああ、焼結プロセス中、粉末成分の温度は融点に達しず、原子拡散によって粉末間の有効な接続が形成されます。したがって、原子拡散は焼結プロセスを指します。平易な言葉で明確に説明できる事柄も、非常に明確かつ型破りな方法で説明する必要があります。欺瞞には国境がないことが判明しました!

材質：現在、使用できる材質はステンレス鋼17-4と303のみです。メディアで報道されているようなアルミニウム合金やチタン合金などの各種合金を印刷する機能はありません。ステンレスの使用は分かりやすいです。有機物を焼却した後に残留物があったとしても、それは炭素です。ステンレスにとっては、炭素調整処理に過ぎません。酸化物が生成されても除去は難しくありません。しかし、炭素や酸素に非常に敏感なアルミニウムやチタンなどの金属については、この技術的なルートについては今考える必要があるだけです。

性能：当社では現在、印刷部品の密度、機械的強度等の校正は行っておりません。この技術でも、Xjet が遭遇した問題、つまり焼結プロセス中の大規模な収縮とそれに伴う不規則な収縮に遭遇することは想像に難くありません。 Markforged は不規則なグラフィックを巧みに表示しました。円形または四角形の製品を表示していたら、問題はすぐに明らかになったでしょう。それでも、彼らが示したサンプル（図2）では、部品の端にある円形の穴の歪みや、表面に傷のような欠陥がまだ見られます。

現地デモンストレーションでは、成形プロセスは実演されませんでした。結局のところ、粉末とポリマーが事前に混合されているか、押し出し中に混合されているかにかかわらず、粉末はマイクロチューブから押し出されるときに非常に詰まりやすくなります。誤ってデモンストレーションを台無しにしてしまったら、ステージから降りるのが難しくなります。 MetalX が処理できる材料の多様性と製品の品質は、工業グレードの機器とは比較になりません。したがって、電子ビームまたはレーザービーム溶融金属成形技術（EBM / DMLS）は同じレベルではないため、この技術を使用してこれらを比較する必要はありません。

（QQを買うのに10万元を費やしたとしても、紅旗を買うのに100万元を費やした人を笑わないでください。車はどれも車であり、単に違う車というだけです）

図2 MetalX装置とそのサンプル
2. Something3D（イスラエル）によるシングルノズルフルカラー3Dプリント

今回、メディアはイスラエルのこの技術にあまり注目しなかったが、同社はフルカラーFDM印刷の問題を解決したが、原理を理解した後、それが賢明ではないことがわかった。 FDM装置は安価で操作が簡単で、作業エリアへの汚染も少なく、現在販売台数が最も多い装置ですが、カラフルなFDM印刷は非常に困難です。フルカラーでは、FDM ノズルから噴射される材料の色が非常に速く変化する必要があり、ノズルに蓄えられた材料を空にするだけでも数センチかかることがあります。したがって、現在の解決策は、デュアルノズル/マルチノズルを使用して 2 色/マルチカラー部品を印刷することです。たとえば、ポーランドの会社 Zmorph はデュアルノズルプリンターを使用しています。

図3 デュアルノズルで印刷された2色サンプル（写真Zmorph）
ただし、マルチノズル方式を使用する場合、フルカラー印刷には無数のノズルが必要になります。イスラエルのシングルノズル技術は非常に独創的であるように見えます。まずはサンプル画像です。

図 4 フルカラー印刷サンプル図 5 フルカラーサンプルの上面では、Something3D はどのようにしてシングルノズル FDM でフルカラー部品の印刷を実現するのでしょうか?

そうです、不透明な材料の場合、完全な色を表示するには、最外層を目的の色にするだけでよいので、外側の表面の次のポイントに移動する前に、ノズルに残っている材料を空にする方法を見つけます。

まずは設備を見てみましょう。下図のように、CMYK+W（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック+ホワイト）の5つの供給パイプがあります。

図6 Something3Dデバイスカメレオン
CMYK はカラーマッチングにより必要な色を得ることができます。白が必要な場合は、白シルクを直接使用してください。特定の色が必要な場合、一定の割合でワイヤを供給する供給装置を設置し、混合してノズルから押し出すことで必要な色を得ることができます。次のドットが別の色だったらどうなるでしょうか? 問題ありません。ノズルは直接内側の層に入り、押し出しを続け、再着色された混合物がノズルの開口部に到達するまで、ノズル内の材料を空にします。したがって、この問題に関する真実はただ一つ、外側の輪郭は連続的に印刷されない、ということです。

したがって、これらの内層は、排出ノズル内の残りの材料が隠れる場所です。実際、ノズルに排出する必要がある材料は、同じレイヤー内の隣接するポイント間の色の違いに関係しています。差が大きいほど、排出する必要がある材料が多くなるため、多数の組み込みレイヤーが必要になります。さらに、ノズルが内層と外層の間を連続的にジャンプするため、表面品質が非常に粗くなり、手触りが非常に悪くなります。内層と外層の間の接着強度も低く、現場では広範囲にわたる剥離が見られました。

このソリューションは、FDM のフルカラー印刷の問題を解決しますが、外観はすべて内部で腐っているケースです。この方法は多くの材料を必要とし、環境に優しくなく、経済的でもありません。フルカラーを追求しない、例えば256色だけ、あるいは16色以下であれば、レイヤー全体の同じ色の領域をすべて1回の色調整で印刷でき、2回の色調整の間には素材を内部の骨格として使用できるため、多くの素材を節約できると思います。受け取ってください、結構です。轟音！
実際、これは数学の問題です。

3. Formlabs セラミックプリンターのプロトタイプ

Formlabs は、消費者レベルのセラミックサンプルマシンに焦点を当て、SLA を使用して印刷されたセラミックサンプルを展示しました。現場では機器のデモンストレーションは行われず、サンプルは焼結後処理も行われなかったが、それでも多くのメディアの注目を集めた。陶磁器の3Dプリント分野では、現在オーストリアのLithozやフランスの3DCeramなどがあるが、価格は数百万元で、決して「一般の人が利用できる」ものではない。近年、Formlabs は米国の消費者市場における SLA/DLP 機器の価格を約 3,000 ドルまで引き下げました。そして今回、アメリカ国民もこれに大きな期待を抱いていることは明らかです。

図 7 Formlabs のセラミックサンプル。しかし、中国の企業 Sprintray は昨年、セラミック 3D プリントを開始しました。アメリカ人は本当にこのニュースを知らなかったのでしょうか?さらに、CESの3Dプリンティング展示エリアでは、両社はわずか数歩の距離しか離れていないようです。

図 8 Sprintray の 3D プリントセラミックサンプル (写真: Sprintray)
他の

展示されている機器のほぼすべては FDM と SLA です。大まかな見積もりでは、FDM 装置が 2/3 を占めると考えられます (印刷ペンを含む)。私はほぼすべての出展者に同じ質問をしました。「ここには多くの出展者がいますが、あなたの競争上の優位性は何ですか？」ほとんどの回答は満足のいくものではありませんでした。少なくともこれらの回答を聞いて、業界外のバイヤーはまだどのように選択すればよいか分かっていないと感じました。購入者にとって選択をするのは非常に困難です。低価格のオプションだけを見る以外に、業界関係者からの推奨を求めることしかできません。ほとんどの機器メーカーにとって、どの顧客を獲得したいか、そしてそれらの顧客向けにどのようなサービスを提供しているかを検討する必要があります。コモディティ分野では、共通点を維持しながら違いを探る方が生き残りやすいかもしれません。

CES の概要: 今回の CES の全体的な印象を述べたいと思います。内容は豊富ですが、内容があまりありません。 3Dプリンター、AR、VR、ロボット、ドローン、すべて同じです。もちろん、人目を引くと同時に利益も生む製品を作るには、多くの時間とリソースが必要です。

これからも積み重ねて、来年も続けていきましょう。

出典: Jingge 3D Printing

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