マントルの革新的な金属3Dプリント技術は、ツール業界に革命をもたらし、製造時間を大幅に短縮します。

2023年2月9日、Antarctic Bearは、スタートアップ企業のMantleが、今日の製造業に影響を与える可能性のある新しい3Dプリント方式を開発したことを知りました。何百万もの部品を直接 3D プリントするのではなく、まずツールを 3D プリントし、その後何百万もの部品を製造します。カリフォルニア州アナハイムで開催された Medical Device & Manufacturing West カンファレンスで、Mantle は、射出成形作業の時間と労力を削減するために金属 3D プリントを採用した 2 つの新規顧客を紹介しました。 △マントル3Dプリンター<br /> ウィスコンシン州に拠点を置く Nicolet Plastics は、フルサービスのプラスチック射出成形サービスの一環として、Mantle の技術を使用して鋼鉄製の金型を 3D プリントしています。 Nicolet 社の顧客のひとつである Gamber-Johnson 社では、成形サンプルの製造にかかる時間が大幅に短縮されました。 95% 完成し、最小限の仕上げのみを必要とする 3 つのインサートを 3D プリントすることで、ツール作成時間が 180 時間からわずか 12.5 時間に短縮されました。これにより、Nicolet はサンプルを 6 週間ではなく 2 週間で納品できるようになりました。
△ Nicoletの3Dプリントプラグイン
「インサートを印刷し、最終組み立てをあちこちで行った後、プリンターを投入して比較的早く部品の成形を始めることができました」と、ニコレットプラスチックの Eric Derner 氏は語ります。「二次加工と最終組み立て作業にかかった時間はわずか 10 時間程度でした。当社のツールメーカーは、前は少し悲観的でしたが、進捗状況を尋ねると、とても満足そうでした。」
△ガンバージョンソン成形品。画像提供：Mantle。
もう一つのフルサービスの射出成形業者である Westec Plastics Corporation は、見つけるのが難しくコストもかかる金型メーカーを雇用することなく、この技術を利用して金型処理能力を高めています。 H13 工具鋼インサートを 75 ～ 95% 完成度で 3D プリントすることで、同社の既存の工具製作スタッフは、工具の修理やメンテナンスなどのより重要なタスクに集中できるようになります。さらに、インサートを製造するための実作業時間が 40 時間から 10 時間に短縮されたため、Westec はツールコストを半分に削減できたと言われています。
「ツールは当社の基盤であり、高品質のツールがなければ高品質の部品を生産することはできませんが、高品質のツールメーカーを見つけることはますます困難になっています」と、Westec Plastics Corporation の社長 Tammy Barras 氏は語ります。「Mantle の技術を使用すると、作業の最大 70% を自社で実行でき、人間にしかできない特殊な手順をツールメーカーに任せることができます。そのため、この新しい技術を活用する必要がありました。Mantle を使用すると、他では得られないサービスをお客様に提供できます。」
MD&M West イベントの参加者は、Mantle のブース #3995 でケーススタディを見ることができます。さらに、近いうちに食料品店でこれらの商品のいくつかを目にすることになるかもしれません。たとえば、ある大手だが名前は明かされていないデオドラント製造業者は、デオドラントスティックのねじ込み式部品を大量生産するために、マントルで作られた金型を利用している。 Mantle は比較的新しい技術ですが、既存の企業が達成するには何十年もかかるような方法で、すでに業界全体に影響を及ぼしています。
3D プリントはすべての射出成形業者に適しているわけではありませんが、社内でツールを製造する必要がある人にとっては理想的なツールです。マントル社のマーケティングディレクター、イーサン・レイト氏は、印刷後にツールに何時間もの後処理が必要なため、国内外のサプライヤーからツールを購入する射出成形業者にとって、付加製造は必ずしも適していないと述べた。ツールを購入して社内でツールの修理を行っている企業は、ツールの製造を現場に持ち込みたいと考えているかもしれません。そのため、Mantle の登場は適切な選択肢かもしれません。付加製造は、印刷後にツールに何時間もの修正が必要になるため、国内外のサプライヤーからツールを購入する射出成形業者には必ずしも適していません。ツールを購入して社内でツールの修理を行う人は、ツールの製造を現場に持ち込みたいと考えるかもしれません。そのため、Mantle のテクノロジーは適しているかもしれません。

「完全な金型製作能力、つまり射出成形金型/金型を製作する能力を社内に持つ成形業者は、Mantle に最適です」と Rejto 氏は言います。「ほとんどの業者は、まだ一部を外注していますが、社内の金型製作能力を高めることを戦略的利点と見なし、より多くの金型製作を社内で行うよう取り組んでいます。しかし、金型製作業者を雇うことは不可能であり、そこで Mantle の出番となります。」
これらの企業は、レーザー粉末床溶融結合（PBF）技術や一部のポリマー技術など、従来の金属3Dプリント技術を利用して金型を製造することもできますが、マントルの上場はツールに重点を置いています。同社の機器は、航空宇宙企業が使用する高性能 PBF マシンに比べて大幅に安価で、複雑さも少ない。マントル氏はこのニッチ市場をターゲットにすることで、ポスト工業化社会に不可欠で、その価値が約450億ドルにも上る、比較的軽視されてきた製造業セクターから利益を得ようとしている。
Mantleは、SmarTech Analysisが発表したレポート「一般産業および工具部門における積層造形の市場機会2020-2029」にスタートアップとして含まれていません（レポートリンク：https://www.smartechanalysis.com/reports/market-opportunities-for-additive-manufacturing-in-the-general-industry-and-tooling-sector-2020-2029/）。しかし、一般産業およびツール市場における付加製造において、それがますます重要な役割を果たすようになることは間違いありません。総収益は 2029 年までに 54 億 8,000 万ドルに達すると予想されています。
技術紹介
プラスチック射出成形とは、完全に溶融したプラスチック材料を一定の温度でスクリューで撹拌し、高圧で金型キャビティ内に注入し、その後冷却固化させて成形品を得る方法を指します。このプロセスは 1920 年代に始まり、ほぼ 100 年の開発の歴史があり、現在では広く使用されている成熟した工業製造技術です。

しかし、これらの鋼鉄の金型を作るのは非常に精密な作業であり、工具メーカーになるには長い時間（何年も）がかかります。さらに、有能なツールメーカーを育成するには、十分な時間だけでなく、経験とそれに応じた設計能力も必要です。

もう 1 つのポイントは、射出成形部品は数万個単位で迅速に製造できる一方で、金型の製造には数週間かかることです。小規模な金型会社の場合、通常は 6 ～ 8 週間以上かかります。特に世界的なサプライチェーンの混乱時には、12 週間以上かかる場合もあります。そこで、マントルは3Dプリント金型の市場展望をつかみました。

TrueShapeテクノロジーは、工具メーカーの厳しい要件を満たす精密部品を生産することができます。
ハイブリッド TrueShape テクノロジーのプロセスフローには、印刷、ミリング、焼結が含まれます。
△TrueShape 3D 印刷プロセスより詳しく説明すると、ハイブリッド TrueShape プロセスは 3 つの主要な段階に分けられます。まず、印刷では、システムは特殊な流動性金属スラリーを使用して「大まかな部品形状」を 3D 印刷します。各層が印刷された後、プリンターは層を加熱して焼き付けることに注意してください。 △ ハイブリッドTrueShapeテクノロジー原理ビデオ
MarkforgedやDesktop Metal FFF 3D プリンターで使用されるフィラメントと同様に、流動性金属ペーストにはポリマーマトリックス内に金属粒子が組み込まれています。現在入手可能なスラリーには、耐腐食性と耐摩耗性が向上した P20工具鋼のような金属である P2X の 2 種類があります。 H13 は、少なくとも 50 ロックウェル C まで硬化できる標準H13 工具鋼です。

セクションが印刷されると、機械本体に組み込まれた高速ミリングヘッドを使用してさらに成形されます。このステップにより、高品質の表面効果を実現しながら、コンポーネントの寸法精度が向上します。 △製粉工程
最後に、部品は炉内で焼結され、金属粒子からポリマーが放出され、金属が高密度の固体部品に焼結されます。
△ 脱脂焼結工程
△最終仕上げされた金属部品<br /> マントルの技術は、ステルスモードから抜け出す前に、すでに無名の世界的な家電メーカーによって使用され、20万個を超える洗濯機部品の成形を可能にする特殊な工具インサートを3Dプリントしていました。現在までに、Mantle の 3D プリントツールを使用して 100 万個を超える最終使用部品が製造されています。

マントルの革新的な金属3Dプリント技術は、ツール業界に革命をもたらし、製造時間を大幅に短縮します。

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