金属 FFF の分野で Fuzhi Technology が優れている点は何ですか?

Raise3Dは2021年末に初めてMetal Fuseソリューションをリリースし、エンドツーエンドの金属ヒューズ製造（FFF）テクノロジーへの参入を果たしました。現在、Raise3D は金属押し出し技術を専門とする積層造形業界の数少ない企業の 1 つです。

現在、Raise3D のソリューションは、治具や固定具から機能部品、プロトタイプ、少量生産の最終用途部品まで、幅広い金属製品を迅速かつ安全に製造するために使用されており、Raise3D のテクノロジーは卓越した精度を実現しています。これは、ハードウェアとソフトウェアの最適化の組み合わせと、材料開発企業 BASF Forward AM との緊密な連携により実現しました。この記事では、Raise3D の Forge1 3D プリンターと MetalFuse ワークフローが金属積層造形 (具体的には金属 FFF) の分野でどのように優れているかを体系的に紹介します。
Metal FFF は何をもたらすのでしょうか?
3D プリンティングの初期の頃は、金属積層造形はレーザー粉末床溶融結合 (LPBF) プロセスが主流でした。このプロセスは、工業レベルで非常に複雑な金属部品を製造するために今でも広く使用されていますが、金属 AM を採用する企業には、より多くの技術オプションから選択できるようになりました。これには、溶融フィラメント製法 (FFF) が含まれます。
このプロセスはポリマー FFF と同様に機能し、加熱されたノズルを使用してフィラメントを溶かして押し出し、ビルドプレート上にコンポーネントを 1 層ずつ構築します。主な違いは使用される材料にあります。Raise3D の MetalFuse ソリューションなどの金属 FFF プロセスでは、熱可塑性マトリックスに結合された高濃度の金属粉末で構成される Ultrafuse® 316L などの金属複合フィラメントが使用されます。金属 FFF プロセスでは、グリーン部品を高密度の金属部品に変換するために、脱脂や焼結などの後処理手順も必要です。
△ Forge1 プリンタープラットフォーム上のグリーンメタル部品 Metal FFF は、いくつかの点で他の金属積層製造プロセスよりも優れています。一方で、この技術は原料として金属粉末を使用する技術よりも安全です。 LPBF を使用する場合は、粉末の吸入や粉塵爆発などのリスクを考慮する必要がありますが、金属 FFF ではこれらのリスクは発生しないため、この技術を使用するためにオペレーターが同程度のトレーニングや個人用保護具 (PPE) を使用する必要はありません。これにより、Metal FFF の汎用性も高まり、換気が適切であれば、実験室から店舗、オフィススペースまで、さまざまな環境で使用できます。
金属 FFF プラットフォームは、一般的にコスト面でもよりアクセスしやすいものとなっています。この技術ハードウェアには高出力レーザーが含まれておらず、LPBF プラットフォームやバインダージェッティングシステムよりもはるかに安価です。 Raise3D のテクノロジーを含む一部の金属 FFF プラットフォームは、金属射出成形 (MIM) ワークフローで使用される既存の脱バインダーおよび焼結マシンと組み合わせて使用することもできます。全体的に、比較的新しいプロセスは、金属積層造形の世界では特に金属 3D 印刷分野への参入を模索し、生産規模の拡大を目指すメーカーにとって利点があります。
金属FFFの問題点を解決する<br /> しかし、他の技術と同様に、金属 FFF にも特定の障害による制限があります。一貫した押し出しと良好な第 1 層をどのように得るかなどの要素は、最終的な金属部品の許容差と全体的な品質に影響を与える課題を提示しています。標準ノズルサイズ (通常 0.4 mm 以上) によって、実現可能な設計詳細のサイズと表面仕上げも制限されます。最後に、Metal FFF は他の金属 AM プロセスよりもオンボーディングサイクルが短いですが、最適な印刷結果を得るにはプロセスパラメータに関する専門知識が必要です。
△デュアルエクストルーダーは、ビルド材料とサポート材料の両方を同時に配置できます。別の観点から見ると、材料は制限要因として見ることができます。現在、高品質の金属ワイヤの市場は、レーザー粉末床溶融結合に使用できる材料の多様性に比べて比較的小さく、この技術の適用範囲が制限されています。さらに、消耗品の品質は最終的な印刷の品質に直接関係します。したがって、より多くの材料が市場に登場するにつれて、それらが可能な限り最高の品質であることが重要になります。
これらすべての問題点が、MetalFuse ソリューションを開発する際に Raise3D が最優先で考慮した点であり、その多くは、ハードウェアとソフトウェアの機能、プロセスの最適化、および BASF Forward AM との実りある材料パートナーシップを通じてうまく解決されました。
金属FFFに最適化されたマシンForge1
Raise3D の MetalFuse ソリューションの中核となるのは、3D プリンターの Forge1 です。デュアルエクストルーダーは、金属フィラメントの印刷の特定の要件を満たし、信頼性の高い高品質の結果を提供するように設計されています。これまで見てきたように、金属を印刷する際に一貫したフィラメントの流れを実現するのは従来困難でしたが、Forge1 には、フィラメントの供給と押し出しのパフォーマンスを高い水準に保つための特定の機能が統合されています。
△Ultrafuse® 316Lフィラメントスプールと焼結3Dプリント部品。
具体的には、Forge1 には、フィラメントをノズルに送り込むときに余分な張力を排除するスプールホルダーが内蔵されています。このシステムは、最終的に、フィラメントの許容誤差が維持され、材料が押出機のギアを通過するときに変形しないことを保証するのに役立ちます。変形しないと、材料の押し出しと流れに一貫性がなくなります。 Raise3D によれば、スプールホルダーの特定の高さにより、プリントヘッドがビルド領域の周囲を移動する際にフィラメントがねじれるリスクも最小限に抑えられます。
Raise3D は、重要な最初の層の品質を確保するために、Forge1 のビルドプレートにも特別な注意を払いました。この機械には、標準のガラスシートよりも平らで（<=0.15mm vs >=0.35mm）、熱膨張係数が低い「精密ガラスシート」が装備されています。 Forge1 ガラスプレートを RaiseTouch キャリブレーション機能と組み合わせて使用すると、層間の接着性が向上し、反りが最小限に抑えられ、より精度の高い部品が生成されます。
細かいディテールと滑らかな表面仕上げの金属部品を印刷するために、Forge1 は直径 0.2 mm の小さなノズルにも対応しています。この小型ノズル機能により、より薄い層、より詳細な描写が可能になり、最終的には金属部品の精度と許容範囲が向上します。
アクセス可能なプロセスパラメータ<br /> Raise3D は、金属 FFF のハードウェア制限に対処するだけでなく、金属印刷専用のスライサーバージョンである ideaMaker Metal も開発しました。同社は次のように説明しています。「ideaMaker Metal は、Ultrafuse® 金属フィラメントでの使用に最適化された ideaMaker の改良版であり、最高品質の最終部品を作成するために必要な部品密度と再現性を提供する独自の機能を備えています。」
このソフトウェアを使用すると、ユーザーは広範なプロセス知識を必要とせずに部品を 3D プリントできます。言い換えれば、メタル FFF をより幅広い採用者に利用できるようになります。焼結段階での収縮など、金属 FFF のさまざまな側面は、ideaMaker Metal の自動収縮パネルを使用して簡単に計算および制御できます。その他の便利な機能には、すべてのフローおよび Ultrafuse 材料用の自動サポートレイヤー生成とテンプレートが含まれます。スライサーは、同じ印刷ジョブで複数の設定を印刷するための修飾子もサポートします。
最終的に、Slicer ソフトウェアを使用すると、ユーザーは特定のアプリケーションのニーズに合わせてすべてのパラメータをカスタマイズできるため、金属 AM プロセスと材料原料を最大限に活用できます。

工業用グレードの材料<br /> 高品質のワイヤに対する需要を満たすために、Raise3D は BASF Forward AM と協力し、同社の Ultrafuse ワイヤ向けに最適化されたプロセスパラメータを開発しました。両社は協力して、データ駆動型パラメータを通じて印刷結果と品質の向上に取り組んでいます。
世界最大の化学製品メーカーである BASF は、金属射出成形用の原材料を幅広く取り揃えています。これらの材料は「カスタムバインダーで配合された金属およびセラミック粉末」で構成されており、Catamold® ブランドで 30 種類以上が販売されています。 BASF Forward AM は、Raise3D などの積層造形企業と協力することで、各 Catamold 材料を高品質のワイヤーに開発することができます。
△焼結および研磨金属 3D プリント現在までに、Raise3D の Forge1 プラットフォームは、Ultrafuse® 316L、Ultrafuse® 17-4、および Ultrafuse® Support Layer の 3 つの Ultrafuse フィラメントと互換性があります。 Ultrafuse® 316L は、耐腐食性に優れたステンレス鋼複合ワイヤです。Ultrafuse® 17-4 は、熱処理により強度と硬度を高めることができるステンレス鋼ワイヤです。Ultrafuse® Support Layer は、焼結後に金属部品のサポートを除去しやすくするために設計されたサポートワイヤです。 (Forge1 のデュアル押し出し機能を使用すると、ビルド材料とサポート材料の両方を同時に印刷できます。)
特に、BASF の金属フィラメントは、Forge1 3D プリンター、D200-E 脱脂ユニット、S200-C 焼結ステーションを含む Raise3D の専用 MetalFuse ワークフローに完全に適合しています。 D200-E システムは触媒脱バインダーを使用しており、緑色の部品が触媒にさらされてバインダーが分解され、茶色の部品が形成されます。その後、S200-C は茶色の部品を焼結し、錬鉄の最大 97 パーセントの密度を実現しました。
Ultrafuse 金属材料は、他の産業用 MIM 触媒および焼結装置とも互換性があります。つまり、複数の Forge1 プリンターと確立された MIM 後処理ワークフローを組み合わせることで、生産を拡大できるということです。焼結金属 Ultrafuse コンポーネントは、自動車、電子機器、医療、消費財などの業界に関連する MPIF 35-2015 MIM 規格に準拠しています。
全体として、Raise3D の Forge1 と幅広い金属 FFF 製品は常に改良されており、互換性のある金属材料の最高の可能性を引き出します。 BASF の Forward AM 事業開発マネージャーである Tobias Rödlmeier 氏は、次のように述べています。「これは、当社がお客様に提供できる最高のシステムです。精度と安定性の点で妥協のないオープンイノベーションプラットフォームです。」
Metal FFF、特に Raise3D の MetalFuse ソリューションの詳細については、同社の最新のホワイトペーパーをご覧ください。

金属 FFF の分野で Fuzhi Technology が優れている点は何ですか?

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