金属エリア露光積層造形 - 高速かつ高精度な 3D 印刷技術

出典: Additive Industries

エリア露光積層造形 (AEAM) は、従来のポイントごとまたはレイヤーごとのスキャンではなく、広い領域を露光することでオブジェクトの迅速な製造を可能にする最先端の 3D 印刷技術です。この記事では、AEAM テクノロジーが金属 3D プリントの分野をどのように高速化、高精度化へと導いているかを詳しく説明します。 AEAM は革新的な製造方法として、従来の金属積層造形のアーキテクチャを再定義し、産業用途に大幅な効率性と精度の向上をもたらします。

金属領域露光積層造形の技術的原理<br /> エリア露光積層造形の核心は、独自の大面積露光技術にあります。点ごとまたは層ごとにスキャンする従来の 3D 印刷方法とは異なり、AEAM は領域全体を一度に露光することで製造時間を大幅に短縮します。この技術は、高エネルギー光源（レーザーや電子ビームなど）を使用して金属粉末を広い面積で固め、感光性接着剤または直接焼結技術と組み合わせて、金属部品の迅速な試作を実現します。

出典: [1]
AEAM では、レーザービームが線に沿ってスキャンする代わりに、デジタルマイクロミラーデバイス (DMD) または液晶ディスプレイ (LCD) を介して、光が造形領域全体に一度に投影されます。これは、融合する必要のあるすべての金属粒子が同時に正しい形状の光を受け取ることを意味し、従来のレーザー焼結技術をはるかに超えて製造速度が大幅に向上します。

出典: [2]
AEAM テクノロジーは、金属粉末を溶かすために必要な高熱と高電力を処理できる光アドレス光バルブ (OALV) やデジタルマイクロミラー (DMD) などの高エネルギーデバイスに依存しています。通常は低出力の紫外線を使用するポリマーベースの AM とは異なり、金属 AM では金属粉末を溶かすために強力な赤外線または近赤外線の光源が必要です。

航空宇宙、自動車、医療アプリケーション<br /> AEAM は、従来の金属積層造形技術と比較して、印刷速度を向上させるだけでなく、露光パラメータを最適化することで、より高い精度と表面品質を実現します。この技術は、材料の無駄を減らしながら複雑な形状の金属部品を製造するのに特に適しています。

印刷サンプルの表面粗さ出典: [2]
現在、AEAM 技術は多くの業界で広く利用されており、航空宇宙分野では、その迅速な製造能力と高精度の特性により、軽量で高強度の部品の製造に最適です。たとえば、AEAM テクノロジーを使用すると、厳しいパフォーマンス要件を満たしながら、複雑なエンジン部品や構造を迅速にプロトタイプ化できます。

医療分野では、AEAM はカスタマイズされたインプラントや外科用器具の製造に使用されてきました。高精度印刷により、医師は患者に合わせて金属インプラントをカスタマイズでき、手術の成功率が大幅に向上し、回復時間が短縮されます。さらに、AEAM は自動車製造、エネルギー機器、消費財の分野でも幅広い応用の見通しを示しており、その効率的な生産能力により、小ロットのカスタマイズ生産がより経済的かつ実現可能になります。

AEAM テクノロジーは大きな可能性を秘めていますが、依然としていくつかの課題に直面しています。まず、機器のコストが高いため、中小企業の間では普及が進んでいません。第二に、金属粉末と感光性接着剤の選択は印刷品質に重要な影響を与えるため、さらなる材料研究開発のサポートが必要です。

今後、AEAM テクノロジーの開発方向は次のとおりです。

設備の最適化: 設備コストを削減し、信頼性を向上します。
材料イノベーション: AEAM に適した金属粉末とバインダーをさらに開発します。
プロセス標準化：統一されたプロセス標準を確立し、技術の普及を促進します。
アプリケーションの拡張: より多くの産業分野でのアプリケーションシナリオを検討します。

AEAM は、金属 3D プリント技術の将来の発展方向を表しています。高速、正確、効率的な特性により、航空宇宙、医療、自動車など多くの分野で大きな可能性を示しています。いくつかの課題はあるものの、技術の継続的な進歩と徹底的な応用により、AEAM は金属積層造形分野の主流技術となり、製造業界に革命的な変化をもたらすことが期待されています。

参考文献:
[1] https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200171
[2] https://doi.org/10.3390/app11083647