MIT教授が設立したVulcanFormsは、3Dプリントの産業化に取り組んでいる。

付加製造の最先端技術は、製造プロセスを変革し、新しい製品を生み出す無限の可能性を提供します。さまざまな企業が積層造形の分野に参入したい場合、まず最初に行うべきことは、最新の 3D プリンターの購入に多額の投資を行い、それを自社の業務に統合する方法を見つけることです。しかし、3D プリンターは多くの産業用途においてスループットが低く、大量生産には適していません。 MIT のジョン・ハート教授によって設立された VulcanForms は、大規模な工業製品を製造するデジタル製造サービスを提供しています。 VulcanForms は、顧客の材料選択と製品設計を支援し、生産施設でスケーラブルな製造ワークフローを構築します。

各ワークフローの中心となるのは、一連の制御可能なレーザービームを使用して複雑なデザインの高性能金属部品を製造する独自のLaser Powder Bed Fusion (LPBF) 金属 3D プリンターです。プリンターは、デジタル制御を介して VulcanForms の機械加工、ロボット工学、後処理機器と統合することができ、このデジタルスレッドは製造中の部品を監視することもできます。

「LPBF 技術は、ジェットエンジンの燃料ノズルや整形外科用インプラントなど、さまざまな用途で広く使用されていますが、それ以上の開発は行われていません」とハート氏は語ります。「VulcanForms は、産業規模の積層造形を可能にし、それをデジタル生産システムと統合することで、大きな市場機会を見出しています。」

VulcanForms は現在、医療、防衛、半導体、航空宇宙産業の企業向けに部品を生産しており、設計を数日で完成部品に変換しています。創設者らは、VulcanForms の品質はチタン、ニッケルベースの合金、先進的な鋼合金などの材料の業界標準を超えていると述べている。

VulcanForms は現在、マサチューセッツ州デベンスとニューベリーポートに最初の 2 つのデジタル製造施設を完成させています。デベンス施設が完成すると、後処理機能に加えて、同社の積層造形システムが数十台設置されることになる。創設者らは、これらのシステムにより、デベンスは世界で最も生産性の高い金属付加製造施設となるだろうと述べている。ニューベリーポートの施設は、精密機械加工、産業オートメーション、組み立て作業を専門としています。 VulcanForms は、これらのテクノロジーをデジタルスレッドと組み合わせることで、製品の設計、製造、配送方法を定義する米国ベースのデジタル製造インフラストラクチャを構築しています。

3Dプリントは工業生産に利用されている
ハート氏によると、付加製造業に携わるようになったのは、2013年に同僚からMITの先進製造・設計工学修士課程のコースを教えるよう誘われたのがきっかけだったという。「付加製造に重点を置いたコースを提案したきっかけが何だったのかは覚えていません。私はその分野の研究をまだ行っていなかったし、この授業は私にとって新しい興味を探求し、学生たちの熱意と好奇心を刺激するための実験だったからです。」

フェルドマンさんはMITでの最初の学期にこのクラスの生徒でした。プロジェクトベースのコースでは、学生は 3D プリントされた部品の精度を測定し、そのパフォーマンスを向上させる必要があります。「MIT は、非常に技術的でありながら、非常に応用可能なことを学生に教えています」とフェルドマン氏は言います。「MIT では、付加製造の学習は、単にコンピューターに関することだけではありません。プリンターを実際に使用する機会も提供されます。ここには熱溶解積層法のプリンターがあります。私はこの種のカリキュラムが本当に気に入っています。このカリキュラムは、学生を産業界や新興企業で主導的な研究職に就けるように準備します。」

学位を取得した後、フェルドマン氏はナノマテリアルと電池電極を研究する研究専門家になりました。しかし、フェルドマン氏とハート氏は、付加製造をより産業的に意義のあるものにするための方法についてブレインストーミングを続けました。最終的に、多数のレーザーを同時に稼働させ、完成部品の品質を維持しながら生産性を向上させることができる新しいタイプの LPBF 金属プリンターを構築することを決定しました。

「私たちの目標は、LPBFプロセスを再設計し、より高品質で一貫した品質を実現することでした。これは、積層造形を産業化する上での主な障壁であると考えています」とハート氏は語った。

この使命を念頭に、フェルドマン氏とハート氏は大きな一歩を踏み出し、VulcanForms の構築を開始することを決意し、フェルドマン氏は最初のプリンターのプロトタイプの開発にほぼ 2 年を費やしました。現在、同社のプリンターは各層に数百の溶接トラックを使用しており、その中をレーザーが同期して移動し、これらのレーザーが一緒になって最大 100 キロワットの電力を供給します。 VulcanForms の生産鋳造所には、CNC 加工および後処理設備も含まれています。

「当初から、私たちは 3D プリントをデジタル製造の基盤と見なしていました。デジタル製造では、ソフトウェアとハードウェアが連携して製造指示をエンコードし、実行します」とハート氏は語ります。「私たちが構築したソフトウェアにより、各パーツは各レイヤーのすべてのボクセルで局所的に同じ温度を受け取ることができます。これにより、生産の一貫性を維持しながら、製品の生産速度を上げることができます。」

3Dプリントの可能性を実現する

2021 年、あるスーパーコンピューターメーカーは、プロセッサ内の冷却コンポーネントに VulcanForms 設計を採用しました。数十の微細なチャネルを含むチタン部品は非常に複雑なため、積層造形でのみ製造可能です。ニューヨークタイムズが報じたところによると、VulcanForms 社は 2 日後にそれを製造することに成功した。 VulcanForms は、航空宇宙および防衛関連企業向けに、医療用インプラント、産業用ツール、タイヤ用金型および部品も製造しています。フェルドマン氏は、付加製造によって可能になったイノベーションが多くの業界で技術の進歩を推進していると考えています。同社はまた、デジタル生産技術によって推進される製造業の変革が、米国にとって経済的繁栄とイノベーションエコシステムを改善する機会になると考えている。

「VulcanForms は、米国にとって最大のチャンスの 1 つは、デジタル生産システムを中心に産業エコシステムを再構築することだと考えています」とハート氏は語ります。「付加製造や自動化された精密加工などのデジタルファースト生産技術により、より革新的で資源効率が高く、回復力のあるサプライチェーンが実現します。製造業におけるイノベーションは米国経済の基盤です。」

MIT教授が設立したVulcanFormsは、3Dプリントの産業化に取り組んでいる。

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