Hoganas: 量産向け積層造形技術 - ボンディングジェッティングによる金属印刷

概要：2022年12月20日に開催された「積層造形バインダー噴射技術フォーラム」には、HP、Yizhi、Sandi Technology、Weijie、Desktop Metal、Digital Metalなど多くのメーカーが集まりました。この積層造形バインダー噴射技術フォーラムでは、国内外の有名メーカー数社が、非常に詳細な情報共有と交流を行いました。 DigitalMetal-Höganäs (China) Co., Ltd. のビジネス開発マネージャーである Zhao Xiaogen 氏が、「大量生産のための付加製造技術 - 接着ジェット金属印刷」というテーマで自身の経験を共有しました。接着ジェット金属印刷の大量生産にはどのような問題を考慮する必要がありますか? Höganäs にはどのような技術的ソリューションがありますか?趙小根がこの質問にどう答えるか聞いてみましょう。

今回の情報共有・交流会で、趙小根氏は主にホガナスの紹介、粘着ジェット印刷技術の紹介、量産化に向けた考え、ホガナスのソリューションなど4点を共有しました。

1. ヘガナスの紹介

Höganäs は金属粉末を専門とする企業であり、冶金業界のリーダーです。スウェーデン南部の小さな町に本社を置き、世界 11 か国に 18 の生産拠点を持ち、粉末冶金、表面噴霧、積層造形などの業界向けに 3,500 を超える製品を提供しています。同社は現在、粉末冶金および磁性材料技術、表面および接続技術、カスタマイズ技術の 3 つの主要な事業セグメントに分かれています。その中で、カスタマイズテクノロジー事業は、デジタル金属設備・印刷サービス事業と粉体事業の2つのセグメントに分かれています。

2. 粘着ジェット印刷技術

テクノロジー分類<br /> 現在、さまざまな 3D プリント技術が存在します。粉末床溶融法は金属 3D プリントで最も一般的な方法であり、3DP プロセスも近年急速に発展しています。その主な原理は、粉末を接着剤で層ごとに接着することです。SLMと比較すると、レーザーを接着剤に置き換えて3次元モデルを構築するのと同じです。
BJプロセス

全体のプロセスは5つのステップに分けられます。まず、モデリング3Dモデルを使用してSTL形式のファイルが生成されます。プリンターはファイル情報を受け取り、印刷します。印刷後、硬化と洗浄が行われ、粉末がリサイクルされます。その後、焼結段階に入り、最終製品が完成します。全体的に、バインダージェッティングは、高精度、無駄ゼロ、そして小型部品の大量生産に適した非常に効率的な 3D 印刷技術です。
技術的特徴: ● 印刷プロセスはサポートなしで行われるため、材料を節約でき、サポートの除去が不要で、表面品質が大幅に向上します (SLM と比較して)
●常温で印刷可能●印刷材料も比較的豊富●印刷後、後処理後の部品の表面粗さは約2μm

現在、Digital Metalは主にDM P2500プリンターとDMP Proプリンターを推進しています。P2500の印刷体積は255*217*70mmで、印刷速度は50〜500cc/hです。

要約すると、 BJ 印刷には AM 自体の利点と独自の利点の両方があります。
AM の利点:
●短時間で新しい形状を検証●従来の処理では製造が難しい複雑な構造を製造可能●時間を節約しながら複数回印刷可能●追加コストなしで単一の部品をカスタマイズ可能●製造サイクルが短く、納期も短い

デジタルメタル技術を使用する利点:
●高解像度と粗さの向上 ●寸法精度の向上 ●繰り返し可能で効率的な生産 ●サポートが不要、後処理工程が短縮され、無駄がなくなる ●室温で印刷でき、保護ガスが不要 ●印刷材料を再利用できる

3. 量産化に向けた考察

趙小根氏は、粘着式3Dプリントはまだ産業化の初期段階にあり、主な困難はいくつかの側面に集中していると述べた。
● 接合強度 ● 焼結プロセス ● 収縮率と寸法精度 ● 性能安定性 ● 生産効率 ● 対象市場と対象部品

どのような接着剤が適していますか？

バインダーを使用して印刷する前に、バインダーが水性か油性かなど、いくつかの問題について考える必要があります。環境保護は必要ですか?乾燥性能はどうですか？流動性は十分ですか?揮発性、濡れ性、化学的性質、価格はどうですか?

どのような焼結プロセスがより適していますか?

焼結プロセスは非常に重要であり、部品の最終的な性能に直接関係します。研究開発担当者は、以下の側面を考慮する必要があります。
● 焼結温度と速度の設定 ● 脱脂と焼結を同じ部品に対して行うかどうか ● 使用する保護雰囲気と、保護雰囲気が材料に追加の影響を与えるかどうか

収縮を制御するにはどうすればいいですか?

ほとんどの場合、希望する部品サイズを実現するために、ソフトウェア補正とリバースエンジニアリングが使用されます。ソフトウェア補正には膨大なデータの蓄積が必要であり、構造、材質、焼結が異なる部品の収縮率はすべて異なります。研究者は関連するデータベースを確立し、大量の経験を蓄積する必要があります。

バッチ間の安定性はどうですか?生産効率はどうですか？

バッチ間の安定性は大量生産を確実にする上で重要な要素です。現在、デジタルメタルの同じ誤差を持つバッチ間の標準誤差は0.2％未満であり、異なるバッチ間の標準誤差は0.4〜0.5％です。

ターゲット市場はどこですか?

Höganäs は長年にわたり、接着剤噴射技術に適した市場と、接着剤噴射プロセスを推進する適切な事例を見つけようと努めてきました。一方、エンジニアたちはプロセスの実現可能性も分析していますが、いずれにしても、技術の源泉を見つける必要があります。Höganäs は、収縮をより適切に制御するために、主に小型部品の大量生産に重点を置いています。

大量生産を実現するにはどうすればいいでしょうか？

大量生産を実現するためには、自動化を導入し、ロボットに全工程を操作させる必要があります。 Högnäs は高度な自動化を好んでいます。趙小根氏は、ある程度の自動化により各印刷ステップの精度が向上し、ある程度の大量生産が可能になると述べました。

4. ヘガネスの解決策

この部分では、趙小根は主にヘガネスにおける合金開発、粉末製造、試験管理を担当しました。 3D プリント自体には、高品質の粉末製造、成形精度管理、CAD システム、後処理プロセス、粉末処理プロセス、印刷パラメータ設定など、克服すべき多くの困難がまだ残っています。 Höganäs は、粉末の使用の観点から、12 の側面からユーザーにソリューションを提供し、顧客に価値を提供するよう努めています。

●ユーザーのアプリケーション要件の理解●要件に応じて適切な製造プロセスを選択●粉末の性能を調整●社内品質管理と組み合わせる●顧客に適した高性能粉末を提供する●グローバル供給を行う●顧客と共同でアプリケーションを開発する●焼結データ、収縮データなどの長年のデータ蓄積●印刷実験●粉末の輸送および保管ソリューション●部品の後処理の調査●粉末のリサイクルはグリーン新エネルギーに貢献します

時間の制約により、Zhao Xiaogen はいくつかの側面を紹介することに重点を置きました。
材料開発

プロセスによって材料に対する要件が異なるため、Höganäs はまず顧客のニーズを理解し、それに基づいて特殊な材料を開発します。実験室でいくつかのシミュレーション計算と合金測定が行われ、その後、合金の最適化や粉末の性能の最適化など、さらなる最適化のための特定の計画が決定されます。次に、相変化や融点テストなどの物理的特性テストが実行され、最後に製品はプリンターに入り、プリンターパラメータの最適化と機械的特性テストが行われます。これは実際には継続的なサイクルであり、螺旋状の上昇プロセスです。

フィンパウダーアトマイゼーション（FPA）生産ライン

粉末製造プロセスでは、Höganäs は 2021 年に新しい FPA 製造ラインを稼働させました。このラインは、BJ プロセス向けの高性能粉末ソリューションの提供を専門としています。優れた安定性と高いコストパフォーマンスという利点があります。

パウダーシリーズ

Höganäs は、Ni ベース、Co ベース、Fe ベースなどのシリーズを含むさまざまな材料を提供できます。その中でも、Fe ベースシリーズは比較的成熟していますが、Ni ベースと Co ベースシリーズはまだ探索段階にあります。 Höganäs は上海に焼結研究所を構えており、ユーザーがより優れた性能と生産能力を実現できるようサポートを提供しています。

焼結実験室

趙小根氏は、プリンターの製造や材料特性の選択だけでなく、焼結部分にも注意を払うよう全員に呼びかけた。部品構造の性能が要件を満たすかどうかは焼結プロセスに直接影響しますが、それについてはまだ研究がほとんど行われていません。

粉末輸送および保管ソリューション

大量生産では、粉末に対する要件が非常に高くなります。Höganäs は、粉末市場向けに粉末輸送および保管ソリューションを設計しています。GPS、VMI システムなどのシステムと組み合わせて使用すると、ユーザーは粉末の生産状況を簡単に把握し、監視などを実装できます。 Höganäs はユーザーに高品質の粉末サービスを提供できます。

ビデオリンク:

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