ニッチな3Dプリント技術、積層固体製造技術の秘密を解明

層ごとに積み上げるという概念に基づいて、実際に積層造形として分類できるさまざまな製造技術が存在します。 FDM や SLA などの一般的なテクノロジーは業界でよく知られていますが、よりニッチなテクノロジーもいくつかあります。たとえば、積層オブジェクト製造 (LOM) は、付加的な要素と減算的な要素を組み合わせた独自のラピッドプロトタイピングプロセスであり、3D 印刷分野では異端の技術となっています。

LOM の歴史は、Helisys という会社が、材料のシートを融合し、デジタル誘導レーザーを使用して目的のオブジェクトを切り出すプロセスである Layered Object Manufacturing を導入した 1991 年にまで遡ります。その後、2003年にコナー・マコーマックとフィンタン・マコーマック兄弟がこの装置の新しいバージョンを開発しました。彼らは標準的な事務用紙とインクジェットプリンターを使用してデザインを印刷し、オブジェクトを層ごとに徐々に構築していきました。次に、タングステン刃で余分な紙を切り取り、最終的なデザインを明らかにします。
△ 1997 年に製造された、製造中止となった Helisys LOM-2030 ラピッドプロトタイピングマシン (写真提供: KJ Auktion)
マコーマック兄弟は、彼らの会社であるマコー・テクノロジーズを通じて、その革新を商業分野に持ち込みました。同社は、CMYK カラー印刷を導入してプロセスの改善を続け、プロモーションやビジュアルプロトタイピングに適した、よりダイナミックなオブジェクトを作成しました。選択的堆積ラミネーション（SDL）と呼ばれるこの新しい方法では、紙にカラー印刷してから選択的に接着してカットします。接着剤はデザインに対応する領域にのみ塗布されるため、廃材から最終製品を切り出すのが容易になります。しかし、その後どのように発展していったのでしょうか?いつ使うのですか?この興味深いプロセスをよりよく理解するために、次のコンテンツでは、階層化ソリッド製造について詳しく見ていきます。
レイヤードソリッド製造はどのように機能しますか?
オブジェクトを層ごとに構築するほとんどの 3D 印刷技術とは異なり、Layered Object Manufacturing (LOM) は独自のアプローチを採用しています。前述のように、このプロセスでは、レーザーカッターを使用して材料の一部を切り取り、最終的な形状を徐々に明らかにします。このプロセスでは、付加製造技術と減算製造技術を組み合わせています。
もともと、LOM は、接着剤を使用して材料の層を結合する付加的なプロセスを含んでいました。層は慎重に積み重ねられ、堅固なブロックを形成します。モジュールが組み立てられると、減算コンポーネントが機能し、高精度のレーザーカッターが各層から必要な形状と輪郭を慎重に彫刻します。この細心の注意を払ったレーザー切断により、各層が上下の層と完璧にフィットする複雑な形状になり、層がしっかりと融合した 3D オブジェクトが完成します。 LOM における加法と減法のステップの融合により、強度が高く、複雑で、精密な形状の物体を製造できるようになり、さまざまな業界のさまざまな用途に有望な技術となっています。
△ LOM プロセスでは、レーザー切断を使用して材料シートを層ごとに接着および切断します (写真提供: ManufacturerGuide Scotland AB)
LOM の汎用性は、紙、金属、プラスチック、複合材料など、さまざまな材料を処理できる能力にまで及びます。紙は最も一般的な原材料であり、積層後に木材のような特性を持ちますが、硬化性樹脂と組み合わせて剛性を高めることもできます。金属やプラスチックなどの他の材料を使用することもできますが、いくつかの課題が生じる可能性があり、追加の考慮が必要になる場合があります。
さらに、LOM は、さまざまな形状やサイズのラピッドプロトタイピングから、フルカラーのマーケティング小道具や建築模型の作成まで、幅広い用途に使用できます。このテクノロジーは、オフィス環境で社内プロトタイピングソリューションを求めている企業に特に適しています。さらに、LOM は砂型鋳造や精密鋳造プロセス用の犠牲パターンの作成にも使用でき、複雑な形状やデザインを生産できます。
△レイヤー化されたエンティティによって製造されたオブジェクト（写真提供：MKS Technologies Pvt Ltd）
LOM テクノロジーの利点と欠点<br /> 他のテクノロジーと同様に、LOM にも利点と欠点があります。良い面としては、LOM は紙やプラスチックシートなどの比較的安価な材料を使用するコスト効率の高い方法です。より大きなオブジェクトを生成できる能力が際立っており、大きな寸法のプロトタイプやモデルの作成に適しています。結果として得られるオブジェクトは、層間の強力な結合により優れた構造的完全性を示し、機能テストや設計検証に最適です。 LOM 構築プロセスでは、複雑なサポート構造の必要性が最小限に抑えられるため、追加のサポート材料の使用と後処理作業が削減されます。 LOM を使用すると、物体の露出面の表面仕上げがより滑らかになり、大規模な仕上げ作業の必要性が軽減されます。
逆に、階層化ソリッド製造には大きな欠点もあります。この技術は、紙、プラスチック、複合材料などのさまざまな材料に限定されており、特定の高性能アプリケーションには適さない可能性があります。特に複雑なデザインの場合、生産は比較的遅くなる可能性があり、時間的に制約のあるプロジェクトに支障をきたす可能性があります。また、プロセスの性質上、オブジェクトの表面に目に見える継ぎ目や層の線が現れ、全体的な美観が損なわれる可能性があります。その結果、LOM では他の 3D 印刷方法と同じレベルの細部と精度を実現できず、複雑な処理を必要とするプロジェクトが制限される可能性があります。もう 1 つの問題は、切断プロセスによって廃棄物が生成され、それが簡単にリサイクルできず、環境問題を引き起こしやすいことです。
LOM は他の 3D 印刷技術の万能な代替品ではないかもしれませんが、特定の用途では依然として魅力的な選択肢です。コスト効率、環境に優しい特性、視覚的なプロトタイプを作成できる能力により、ラピッドプロトタイピングにとって魅力的な選択肢となります。ただし、初めての 3D プリンターへの投資を検討している企業は、自社の具体的なニーズを慎重に評価し、ハードウェアの可用性や LOM 分野におけるユーザーサポートなどの要素を考慮する必要があります。
結論として、積層造形法は積層造形の分野で独自の地位を確立しています。付加的プロセスと減算的プロセスのユニークな組み合わせ、手頃な価格、および原料としての紙の使用により、LOM はラピッドプロトタイピングや特定のモデリングのニーズにとって依然として興味深い選択肢となっています。技術が進歩するにつれ、超音波固化（金属の低温 3D 印刷技術）などの LOM に関連する付加製造技術は、現代の製造業においてさらに強力なツールになる可能性があります。

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