金属 3D プリント: レーザー戦争と平和

2024年1月23日、中国の3Dプリント業界のベテランであるSandi Technologyの会長である宗桂生氏は、深く考えた後、Antarctic Bearに「金属3Dプリント：レーザー戦争と平和」と題する挑発的なエッセイを書いた。

今日の科学技術の急速な発展により、革新的な生産方法としての 3D プリント技術は、徐々に私たちの生活に革命をもたらしています。特に金属製品の製造工程では、3Dプリンティングは単一レーザーからマルチレーザー、そしてエリアレーザーへと技術的進歩を遂げています。しかし、勃発したSLM設備のレーザーの数を比較すると、業界では冗談めかして「レーザー戦争」と呼ばれていました。それはまるで何千もの矢が同時に発射される戦いのようで、激しく挑戦的なものでした。

△南極熊のイラスト：金属3Dプリンターには26個のレーザーが入っています

業界内の一部のメーカーは、今では 4 つ以上のレーザーを搭載した SLM 装置を製造しなければ、選択的レーザー溶融 (SLM) 装置を製造していると公に主張するのは難しいだろうと冗談を言っていました。この現象の原因は、実際には単一レーザー SLM 印刷の効率が低いことです。しかし、マルチレーザー技術では、この効率の問題は完全には解決されません。むしろ、大きな製品を印刷する際の大きな残留応力（「不調和」）や平坦性の悪さ（「凹凸」）、完全自動化生産の難しさなど、いくつかの新たな問題が生じています。

したがって、レーザー戦争では、「平和的」かつ「平和的な」製品品質を達成するのはそれほど簡単ではないようです。同時に、3C製品の製造にマルチレーザー設備を使用する場合、小型3C製品の製造では複数のレーザーの調整は意味がなく、大型化により風場制御などの問題も生じます。したがって、3C アプリケーションには専用の 3D 印刷装置が必要です。現在、人々はこの戦争からの脱出方法として、地域レーザー印刷という新しいアイデアを持っています。レーザーの数を増やすだけの単純で直線的な考え方に比べると、エリア印刷技術は間違いなくより革新的で、大規模生産の可能性を秘めています。

△南極熊のイラスト：金属3Dプリンターには26個のレーザーが入っています

従来の金属 3D 印刷 SLM システムでは、直径約 100μm の連続レーザースポットを使用して金属粉末を点ごとにスキャンして溶かしますが、エリアレーザー印刷では、直径約 10μm の光スポットを 200 万個以上 10mm の長方形領域に投影できる新しいパルスレーザー制御技術を使用して、1 回のパルス処理で領域の溶融と成形を実現します。この技術は、従来の単一レーザーによるポイントごとのスキャンと比較して、金属 3D プリントの構築速度を約 1,000 倍に向上させることができます。

このような技術の進歩により、3Dプリントの速度が向上し、コストが削減されるだけでなく、さらに重要なことに、細かいレベルの詳細と設計の柔軟性を維持しながら大規模製造が可能になり、製品の「調和」と「バランス」が実現します。今後は地域金属3Dプリントが金属3Dプリントの主流になると予想されています。

全体的に、3D プリントにおけるレーザー戦争が技術の進歩を推進しています。継続的な実験と革新を通じて、将来的にはより効率的で洗練され、経済的な 3D プリント技術が登場し、私たちの生活にさらなる可能性をもたらすことが期待できます。
文/宗貴生
2024年1月23日

南極のクマの補足: 地域焼結金属 3D 印刷技術

2023年10月31日、Antarctic Bearは、SeuratがNvidiaのベンチャーキャピタル部門NVenturesとCapricorn Technology Impact Fundが主導する9,900万米ドル（約7億2,000万人民元）のシリーズC資金調達を完了したことを知りました。
△Seurat地域金属3DプリントプロセスSeuratは、技術原理的にはSLM技術に似ていますが、同じではありません。Seuratの新技術は、レーザー光源の数を増やすのではなく、新しいビーム処理方法を使用して、毎回の溶融量を増やします。従来の金属積層造形システムのスポット径は 100 ミクロンです。単一レーザーシステムでは、直径 100 ミクロンのレーザーを使用してスキャンと印刷を行います。 Seurat システムは、15 平方ミリメートルの正方形の領域に 200 万個のレーザースポットを照射します。各光スポットの直径は約 10 ミクロンで、一度に 1 つの領域が印刷されることになります。

分析してみると、このテクノロジーの威力を理解しやすくなるかもしれません。
●レーザー印刷の照射効率に関して言えば、Seuratのスポット面積は15平方ミリメートルに相当しますが、直径100ミクロンの従来の単一レーザーのスポット面積はわずか0.0078平方ミリメートルであり、その差は1,000倍近くあります。つまり、溶融効率は単一レーザーシステムの最大1,000倍に達することができます。
●レーザー印刷の精度と解像度に関して、Seurat の精度は従来の単一レーザーの 10 倍に達します。
△レーザー粉末床溶融、アーク溶融、バインダージェッティング、エリア印刷技術の4つのプロセスの最小フィーチャサイズと印刷効率の比較

Seurat テクノロジーは生産効率が高いため、ユーザーはコストを効果的に削減できます。 Seurat の Zone Printing テクノロジーは、部品あたりのコストに対する既存の障壁を打ち破り、同社の第 1 世代のシステムでは、今日の積層造形テクノロジーと比較してコストをすでに 50% 削減できます。さらに効率性の向上が図られ、次世代の機械は2030年までに従来のダイカスト工程の製造コストを下回ることを目標としています。これは、積層造形が主流の技術となる画期的な出来事となるでしょう。

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