木材 3D プリント技術で「魯班の夢」を実現

この投稿は warrior bear によって 2023-2-6 20:13 に最後に編集されました。

付加製造と材料について話すとき、私たちは通常、プラスチックや金属を思い浮かべます。しかし、3D プリントに対応している製品の範囲はここ数年で大幅に拡大しており、現在ではセラミックから食品、幹細胞を含んだハイドロゲルまで、幅広い原材料を使用して部品を製造できるようになりました。木材はこうした拡張された材料システムの 1 つです。
現在、木材はフィラメント押し出しやパウダーベッド方式などのプロセスと互換性があるため、木材 3D プリントはますます人気が高まっています。大工の技術を持たないユーザーにとっても、木材3Dプリント技術は「魯班の夢」の実現に役立つと言えるでしょう。

ネイチャー誌に掲載された報告によると、人類は地球上の樹木の54%を失ったという。森林破壊は今日、現実的な脅威であり、木材の消費方法を再考することが重要です。付加製造は、必要な材料のみを使用し、リサイクル材料から物体を設計できる生産技術であるため、木材をより持続的に使用するための鍵となる可能性があります。したがって、部品を 3D プリントし、不要になった場合は原材料に戻して新しい生産サイクルを開始することができます。
△木材3Dプリント技術でオリジナル装飾パーツの作成が可能に（写真提供：Fortus）
押し出し木材の3Dプリントプロセス
木材を 3D プリントする方法の 1 つは、フィラメントを押し出すことです。これらの材料は 100% 木で作られているわけではないことに注意することが重要です。実際には、30～40% の木質繊維と 60～70% のポリマー (結合剤として機能します) が含まれています。木材 3D プリントの製造プロセス自体も興味深いもので、たとえば、これらのフィラメントのさまざまな温度を試して、さまざまな色や仕上げを生み出すことができます。つまり、押し出し機が高温になると、木材繊維が燃えて、チップの色調が暗くなります。ただし、この物質は非常に可燃性が高いことに注意してください。ノズルが熱くなりすぎてフィラメントが十分な速度で押し出されない場合、印刷物が損傷したり、発火したりする可能性があります。
ウッドウールの主な利点は、見た目、手触り、香りが本物の木と同じであることです。さらに、プリントは簡単に塗装、カット、研磨することができ、よりリアルな仕上がりになります。しかし、最も重大な欠点の 1 つは、標準的な熱可塑性プラスチックよりも壊れやすい材料であることです。そのため、壊れる可能性が高くなります。
一般的に、この素材は工業的な用途ではなく、趣味や装飾品として使用されるメーカーの世界向けです。主な木毛メーカーとしては、Polymaker、Filamentum、Colorfabb、FormFutura などがあります。
△木質繊維フィラメントは標準的な熱可塑性プラスチックよりも壊れやすい
粉末床処理における木材の使用<br /> 木製部品の製造には、パウダーベッド技術も使用できます。このような場合には、砂状の表面を持つおがくずからなる非常に細かい茶色の粉末が使用されます。この分野で最も関連性の高い技術の 1 つはバインダージェッティングであり、その中で最もよく知られているのがデスクトップメタル (DM) です。 DM は Forust と協力し、積層造形の世界への新たな扉を開きました。両者が共同開発した印刷システム「Shop System Forust Edition」により、より幅広いユーザーが木材3D印刷にバインダージェッティングを利用できるようになります。
この印刷システムは、リサイクル木材から作られた機能的な最終用途の木材部品を 3D 印刷することができます。実際の製造技術では、コンピューター制御のプロセスでおがくず粒子と結合剤を使用します。層ごとに製造するシステムを使用することで、従来の減算方式では実現が難しい無駄のない木材部品の作成が可能になります。当然ながら、この技術の価格はフィラメント押し出し法よりもはるかに高くなります。ただし、最終結果は FFF で印刷された部品よりも表面品質が高くなるため、これを考慮する価値はあります。
木材 3D プリントは、より持続可能な木材製造方法であると考えられるだけでなく、多くの問題を解決することもできます。これは、歴史的建造物の修復から高級品の製作、そしてこれらの天然素材を使用したこれまで想像もできなかった新製品まで多岐にわたります。デジタルプロセスであるため、木工技術を持たないユーザーも木材 3D プリントのメリットを享受できます。
△バインダージェッティングにより高品質な木製パーツの作成が可能（画像提供：Desktop Metal / Forust）

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