ヘッドメイドマテリアルズ、冷間金属溶融の連続プロセスチェーンを開発

2023年10月20日、Antarctic Bearは、Headmade MaterialsがRöslerグループの両ブランドであるAM SolutionsおよびNeue Materialien Bayreuth GmbHと協力して、AutoSmoothプロジェクトに基づいた冷間金属溶融の連続プロセスチェーンを開発していることを知りました。
△ Element22はCold Metal Fusion技術を使用してチタン部品を3Dプリントします。詳細は下記をご覧ください。
Headmade Materials は粉末冶金材料およびプロセスの開発会社です。さらに、同社はコールドメタルフュージョン（CMF）プロセスの先駆者でもあり、産業ユーザーとの架け橋を築いています。 AMSolutions は、後処理のスケーリングと自動化に特化した 3D プリント後処理ソリューションの世界的リーダーです。
ColdMetalFusion テクノロジーにより、ユーザーは年間最大 1 億個の高品質の金属部品をコスト効率よく大量生産できます。しかし、積層造形による量産の可能性を最大限に引き出すには、印刷された部品の開梱とその後の表面処理の自動化という、決定的なさらなる開発がまだ必要です。

ColdMetalFusion テクノロジーの仕組み<br /> ColdMetalFusion では、部品は層ごとに構築されます。これは、現在利用可能なほとんどの熱可塑性粉末レーザー焼結システム (SLS) を使用して実現できます。これらのマシンは世界中で広く使用されており、通常、同等サイズの金属 PBF システムよりも大幅に安価です。 CMF プロセスは、Sintratec などのエントリーレベルの産業用マシンでも実行できるため、初期資本支出の問題が少なくなります。
このプロセスでは、プラスチックバインダーが低温（<80°C）で溶け、構築プロセス自体にはサポート構造が必要ないため、構築作業中に部品を自由に配置することもできます。
△ SLS プロセスにおける Cold Metal Fusion の仕組み (出典: MetShape)。
完成したビルドは、その後、粉末を除去して洗浄されます。緑色の部分は非常に安定しているため、このプロセスは空気圧またはウォータージェットを使用して自動化できます。残った原材料は完全にリサイクル可能です。グリーン部品の高強度は、電力の削減に役立つだけでなく、焼結前の金属部品の機械的後処理（旋削、フライス加工、穴あけ、研削）も可能にします。これは、機械加工が難しい材料の場合に特に有利です。
さらに、金属粉末を高性能バインダーシステムに統合することで、粉末冶金におけるすべての金属を付加処理に使用できるようになり、運用コストが低く、部品の歩留まりが大幅に向上し、部品コストが最大 90% 削減されます。 SLS テクノロジー、特に 3DM が提供するダイオードレーザー機能の今後の開発により、生産性がさらに飛躍的に向上すると期待されています。
△ Cold Metal Fusion ワークフロー (出典: HeadMade Materials)
CMF およびすべての焼結ベースの技術用の部品を設計する際に考慮しなければならない事実の 1 つは、焼結プロセス中にグリーン部品が収縮し、収縮率は焼結方法によって異なる可能性があるということです。冷間金属溶融技術では、原材料中のポリマーバインダーが層ごとに溶融され、グリーンボディ、つまり金属粉末が充填されたプラスチック部品が形成されます。グリーン部品は、バインダーを選択的に溶融しながら高いグリーン部品密度を達成し、それによって焼結プロセス中の所望の収縮を低減します。たとえば、ステンレス鋼 316L とチタン Ti6Al4V のストックは、すべての方向 (XYZ) でほぼ均一な収縮率 (約 14%) を示します。重い部品や非常に高い部品の場合、Z 方向の収縮が異なる可能性があり、Z 方向に最大 0.7% の追加スケーリングが必要になる場合があります。他の焼結ベースの 3D 印刷技術では、収縮率は X 方向と Y 方向で 18 ～ 20%、Z 方向で最大 26% に達することがあります。

オートスムーズプロジェクト
AutoSmooth プロジェクトの主な目標は、今後 3 年以内に、開梱と表面処理のための ColdMetalFusion コンポーネントのパフォーマンスに完全に一致する、完全に自動化されたプロセスチェーンを作成することです。 Headmade Materials、AM Solutions、Neue Materialien Bayreuth は緊密な協力を通じて、それぞれの専門知識を結集し、この大きな課題に取り組みます。

ヘッドメイドマテリアルズの共同CEO、クリスチャン・シュタウディゲル氏は次のように語っています。「私たちの観点からすると、業界全体の工業生産における廃棄率の低減の鍵は、部品の取り扱いにあります。AutoSmoothプロジェクトでの協力により、私たちはここで新たなレベルに到達します。積層造形の可能性を最大限に引き出すには、開梱と表面処理を自動化する必要があります。CMFテクノロジーによってその基礎はすでに築かれており、私たちはパートナーとともに、完全自動化ソリューションに向けて次のステップを踏み出します。」
AM Solutions の専門知識、Rösler の表面処理における 80 年の経験、および NeueMaterialien Bayreuth の優れた科学的知識が、最高の品質基準を満たす自動化プロセスチェーンを開発するための完璧な基盤を形成します。
Rösler Oberflächentechnik GmbH の技術部門マネージャーである Till Merkel 博士は、次のように強調しています。「当社の長年にわたる表面処理の経験と、ColdMetalFusion の高い拡張性、および Neue MaterialienBayreuth の研究専門知識を組み合わせることで、積層金属の連続生産に革命が起こります。」
AutoSmooth プロジェクトは、可能性の限界を押し広げ、画期的なソリューションを生み出すという、参加企業の取り組みを強調しています。このコラボレーションは、間違いなく金属部品の積層造形による連続生産の新時代への扉を開くことになるでしょう。

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