MetShape の新しい「LMM」プロセスを発表: 超精密スラリーベースの金属 3D プリント技術

概要: 3D プリントの専門ベンチャーキャピタル会社である AMVentures は、3D プリント業界の投資見通しを常によく認識しており、Conflux、DyeMansion、HeadmadeMaterials などの多くの専門企業に投資しています。アンタークティック・ベアは、AMベンチャーズが最近1億ユーロ相当の新たなファンドを調達し、精密金属部品サービスプロバイダーのメットシェイプを含む3Dプリントの新興企業への投資に特化していることを知った。
AM Venturesが選定したスタートアップ企業MetShapeは、小型で高精度な部品を低コストで製造するための独自の金属スラリー3Dプリント技術を開発しました。スラリーベースの金属3Dプリント技術は、積層造形分野における「代替技術」と呼べるものであり、非主流ではあるが独創的な技術である。以前、Antarctic Bear では、この種のテクノロジーについて特別に紹介しました。古いボトルに入った新しいワイン?金属スラリー直接書き込み 3D 印刷技術の研究状況の分析 - 南極熊 3D 印刷ネットワーク - プラットフォーム (nanjixiong.com)。

金属スラリー3DプリントとMetShapeの起源
MetShape の歴史は、AMVenture の別のポートフォリオ企業である Lithoz の歴史と密接に結びついています。 Lithoz のセラミックデジタルライトプロセッシング (DLP) は、2006 年にウィーン大学で発明されました。 2015年、プフォルツハイム応用科学大学は、磁石のリサイクルに特化した研究プロジェクトとして、Lithozと提携し、その技術を金属に応用しました。リソズ社は自社の技術を金属に応用し、一方大学は高密度金属部品の製造に必要な難しい脱脂および焼結の工程に重点を置いた。磁石のリサイクルは成功しなかったが、研究グループは表面が非常に滑らかな高精度の金属部品を製造するためのリソグラフィーベースの金属製造（LMM）と呼ばれるプロセスを開発しました。
△ LMM技術の原理。画像出典: MetShape
LMM は、私が「スラリーステレオリソグラフィー (SLA)」とも呼んでいるもので、金属粒子を含む樹脂をバット光重合システムで印刷するプロセスです。得られたグリーン部品は型から取り出され、その後焼結されます。結果として得られる金属部品は精密で、最も重要なのは、内部構造も含めて極めて滑らかであるという点です。これは独自の利点です。プロジェクトが決まれば、低コストで量産を開始できます。
2019年、LithozはLMMシステムを商品化するためにIncus3Dをスピンオフし、MetShapeはLMMサービスプロバイダーとして、また焼結や脱バインダーなどのプロセスのアウトソーシングパートナーとして設立されました。
LMM の利点は何ですか?
バット光重合工程では、通常、DLP と SLA が使用されます。これは、市販の光源、樹脂、加工技術を LMM に組み込むことができることを意味します。 4 cm3 ～ 0.1 cm3 の範囲では、LMM には特に利点があります。革新的な LMM テクノロジーにより、これまでは不可能だったさまざまな精密な小型およびマイクロ金属部品を積層製造できるようになりました。
△ MetShape社が製造した3Dプリント医療機器部品。画像提供：MetShape。
将来的には、光源、LED やその他の投影技術、その他の機械構成の進歩により、LMM の生産性と導入が加速すると予想されます。さらに、樹脂関連の進歩により生産性も向上します。金属印刷技術に関して言えば、バット光重合法は比較的高速かつ低コストです。自動化の発展により、処理コストが削減される可能性があります。多くの金属 3D 印刷技術と同様に、主なハードルは焼結ステップです。ただし、LMM は他の手法よりもこれを適切に制御できる可能性があります。
粉末床溶融結合は、小型部品の場合、非常に扱いにくく、コストもかかります。バインダージェッティングは理にかなっているかもしれませんが、LMM の方が滑らかで、より大きな詳細を実現できます。バインダージェット成形部品の中には、未成形状態で崩壊する傾向があるものもあります。自動化された後処理手順により滑らかな表面を実現できますが、コストが高くなります。
MetShape の CEO である Dr. Andreas Baum 氏は、次のように述べています。「バインダージェッティングと LMM を比較する際に考慮すべき重要な要素は、LMM 技術で製造されたグリーンパーツの方がはるかに強度が高く、非常に小さなパーツでもプリンターから簡単に取り出せて、取り扱いが簡単であることです。したがって、LMM 技術は、一辺の長さが 2 cm の立方体よりも小さいパーツを効率的に製造するのに特に適しています。LMM 技術に加えて、バインダージェッティング技術を使用して、これよりも大きいパーツも経済的に製造できます。この 2 つの技術は互いに補完し合い、さまざまな要件を満たします。LMM はバインダージェッティングよりも解像度が高く、その結果、エッジがシャープになり、表面品質が向上します。」
LMMが真価を発揮するのは、非常に小さなアイテムに使用する場合、または滑らかさが重要な場合です。スラリー SLA プロセスでは、滑らかな内部空洞、穴、チャネル、ピン構造を持つ部品の製造も可能になります。特定の内部形状の場合、残留樹脂を構造内部から洗い流すことができるため、この技術はユニークになります。つまり、内部の通路を滑らかにするためにハンマーで叩いたり、研磨フロー加工などのプロセスに頼ったりする必要はありません。このため、これはおそらく、一辺が 2 センチメートルの立方体よりも小さい複雑な部品を製造するための最も低コストの技術です。熱交換器、ノズル、冷却チャネルを備えたコンポーネントについて考えてみましょう。
△ LMMと他の金属成形技術の比較。画像出典: MetShape.
これは制限があるように思えるかもしれませんが、実際には会社が集中することを可能にします。解像度が高くなると、重複がある場合でも、価値の高い部品ではバインダージェッティングよりも LMM を選択することが自動的に保証されます。さらに、これらのタイプのウィジェットは、その性質上、非常に価値が高い傾向があります。より強力なグリーン状態により、同社はバインダージェッティングよりも多くの形状を処理できるようになります。さらに、グリーン状態の内訳は予測不可能であり、生産性と顧客の選択を妨げる可能性があります。
焼結の主要ステップ
収縮は、バインダージェッティングや同様の焼結ベースの技術すべてにおいて問題となります。バウム博士：「LMM では、焼結中に発生する収縮は非常に再現性があります。材料によって異なりますが、約 18% です。そのため、当社ではお客様向けのグリーンコンポーネントを構築するときにこれを考慮し、生産チェーン全体の最後に寸法精度の高い完成コンポーネントを納品します。」
予測する能力は、最初の部分を素早く得る上で大きな利点となります。もう 1 つの利点は、印刷プロセス中に追加のサポートが必要なく、後でサポートを削除する必要がないため、追加コストが発生しないことです。最大 Ra 2 μm の粗さの滑らかな表面をプリンターから直接実現できる一方、1 μm の微細な表面は自動後処理技術によって実現可能で、MetShape にはそれを実現する機能があります。
AMベンチャーズのシニアパートナーであるアロイス・ホッター氏も、焼結プロセスを制御する必要性を強調した。
間接的な付加製造プロセスを習得するための鍵は、グリーン部品を 3D プリントした後の高温炉ベースの焼結プロセスを制御することです。 Andreas Baum 氏を中心としたチームは必要な能力を組み合わせ、機械メーカー Incus、プフォルツハイム大学、焼結炉メーカー Carbolite Gero と緊密に協力して、独自の焼結ノウハウを持っています。 MetShape は特定のテクノロジーに縛られておらず、常にテクノロジーの最先端を走り、新素材の開発や拡張性の高い産業プロジェクトにおける共同プロジェクトを顧客に提供することができます。プロセスパラメータを最適化することで可能な限り最高の表面を実現し、従来のツールベースの製造プロセスよりも最大 3 倍の生産速度を実現しながら、コストを大幅に削減したプロジェクトを目にしてきました。 ”
バウム博士は、AM ベンチャーズが同社の中核となる脱バインダーおよび焼結の知識に関して独自の優位性を持っていることに同意しています。特に焼結に関しては、後処理なしで部品を製造できる成果を上げています。
バウム博士は次のように語っています。「金属部品の積層造形における可能性のあるアプリケーションの60%以上が、後処理に関連するコストが高すぎるために試作段階を超えることができていないため、これは大きな利点となります。」
この焼結技術と制御により、他社では得られないビジネスを獲得できるだけでなく、販売サイクルも加速します。 MetShape は、購入する価値のある顧客を見つけるために時間やコストを費やすことなく、プロトタイプを作成して価格設定を迅速に行い、顧客と取引を行うことができます。

LMM にはどのようなチャンスがありますか?

AM Ventures の Alois Hotter 氏は、MetShape が潜在的に影響を及ぼすと予測する業界を具体的に挙げ、「現在、医療および高級品分野で大きな需要が見られ、これらの分野は急成長を遂げようとしています。MetShape はすでに、多くのプロジェクトをスケールアップするために必要な経験を積んでいます。これはまさに、焼結技術を業界に導入し、積層造形での大量生産を可能にするために欠けているピースなのです」と述べています。
高級品およびジュエリー業界では、MetShape はすでに指輪、ペンダント、時計ケース、イヤリングを製造しています。そこでは、より速く反復して無駄を減らす能力が、たとえ多少の手作業の職人技があっても、MetShape の導入を加速させるでしょう。バウム博士は、パーソナライズされた製品やカスタマイズされた製品の可能性も想定しています。
医療分野では、バウム博士は、医療用生産リソースやツール、外科用デバイス、そして将来的にはインプラントなど、MetShape の品質と患者固有の形状が非常に適している分野に多数の用途があると考えています。薄い壁と低い表面粗さが、業界における同社の主な差別化要因となる可能性が高い。同氏はまた、同社が外科用機器やインプラントなど幅広い医療機器の試作品を製造していることも明らかにした。
小型の医療機器、電子機器、または小型ロボット部品の場合、特に内部のテクスチャ、チャネル、または構造が原動力となるときは、LMM が最も安価なテクノロジとなる可能性があります。 LMM 部品を使用する集積回路、複雑なアセンブリ、ヒートシンク、熱交換器、電子製品、高級品、機械部品は数十億個あります。その中で、何百万もの SKU は LMM を通じて 3D プリントすることができ、これは他の技術よりもはるかにコスト効率に優れています。
バウム博士は次のように説明しています。「MetShape は、年間生産量が小規模から中規模でも、また年間 100,000 個以上の部品を生産する大規模シリーズでも、小型およびマイクロ金属アプリケーションの経済的な製造を可能にし、これまで MIM 技術やその他の付加製造プロセスではカバーできなかったギャップを埋めます。ツールベースの MIM 技術とは対照的に、間接付加製造では初期コストが高くなったり、必要なツールを待つ時間が長くなったりすることはありません。さらに、必要な調整をより迅速かつ容易に行うことができるため、開発プロセスにおけるリスク、コスト、時間を削減できます。MIM と比較すると、MetShape の付加製造プロセスでは、各部品範囲でバッチサイズを小さくし、高い可変性と柔軟性を実現しています。」
MetShape は、複雑なテクノロジーを社内で運用したくない、またはテクノロジーを自社のバリューチェーンに完全に統合する前に部品の購入から始めたくない医療、航空宇宙、工業、電子機器の企業向けのサービスプロバイダーおよびスケーラブルな生産パートナーです。。
さらに、MetShape の製造サービスは、フライス加工では経済的に製造できない非常に複雑な精密部品に特に適しています。他の積層造形技術では、精度不足と後処理コストの高さから、さまざまな小型およびマイクロ金属部品の製造が困難です。 MetShape は、コストのかかる後処理を必要とせず、顧客のアプリケーションに直接使用できる、すぐに使用できる部品を製造できるため、この問題に対するソリューションを提供します。プロセスチェーン全体、特に焼結技術におけるこの広範なノウハウは、量産を成功させるために不可欠です。
脱バインダー、焼結、積層造形に関する豊富な経験を持つ企業は多くありません。 MetShape には、バインダージェッティング企業に脱バインダーおよび焼結サービスとノウハウを販売する大きなチャンスがあります。グリーンパーツ製造に革命を起こす新たな技術が登場したとしても、MetShape の知識は依然として貴重なものとなるでしょう。バウム博士はまた、同社はまさに3Dプリンティングが長年苦戦してきた分野である、最初の部分から製造まで顧客を支援できるパートナーであると述べた。企業の工業化を支援する過程で、MetShape は自社と業界の発展を加速させ、3D プリントを使用する製造業界の力の倍増者となることができます。
MetShapeの創設チーム
MetShape の特に大きな強みは、創設チームが Incus、Lithoz、プフォルツハイム大学、ウィーン工科大学、AM Ventures と緊密な関係を築いていることです。これらすべての企業の将来は、ほとんどの人が理解しておらず、投資している人もほとんどいないテクノロジーを中心に展開しています。
AMベンチャーズの初期投資家でありEOSの所有者でもあるランガー家は、スキャンラボの株式も保有している。この光学部品サプライヤーは、多くの SLA およびガルボスキャンシステムに電力を供給しています。 LMM に関する研究と応用作業は比較的少ないです。しかし、Fraunhofer IFAM で行われている作業は、Incus および同社と並行して行われています。
その結果、MetShape は、あまり知られていないもののコスト効率の高い製造技術と比較的地元の同業者のネットワークを武器に、嵐の中心に立つことになった。このネットワーク以外では、現時点ではこの技術に対する広範な注目や投資はほとんどありません。
これは、金属粉末床溶融結合技術の開発の初期段階のようです。非常に親密な少人数のグループが技術を開発しているところです。 90年代後半から2000年代初頭にかけて、この団体は数社のフラウンホーファー研究所、フィンランドのエレクトロラックス、その他数社の企業で構成されていました。これらの企業のうち 1 社は後に Renishaw (MTT) に、もう 1 社は DMG Mori (Realizer) に、さらにもう 1 社 (SLM Solutions) は Nikon に、さらにもう 1 社は GE (Concept) に売却されましたが、現在でも 3D プリンティングの最大手企業である EOS が 1 社残っています。数十億ドルの買収と収益は、おそらく24人ほどの従業員から始まったヨーロッパの小さなテクノロジークラスターから生まれました。おそらく将来、ランゲ家は再びこれを実行し、MetShape の出発点は非常に高いものとなるでしょう。
MetShape 独自の金属印刷技術の将来はどうなるのでしょうか?
ビジネスの論理的な拡張として、MetShape は金属射出成形 (MIM) 企業にとって素晴らしい買収対象となるでしょう。金属射出成形自体は、大量生産が可能な30億ドル規模の産業ですが、初期費用が高額です。 MIMを取り巻くその他の精密マイクロ加工や小型部品製造技術の分野も非常に広範囲にわたります。 MetShape はより柔軟性が高く、この分野での反復処理をより有効に活用できるため、従来の機械加工だけでなく、さまざまな規模の MIM でも顧客にメリットをもたらす可能性があります。非常に競争の激しい市場において、MetShape は市場投入までの時間を短縮し、コストを削減できます。また、設計、生産技術、仕様を小ロットから大ロットに移行する必要がないため、競争の激しい市場への参入にも役立つはずです。
医療や工業分野の業界特化型製造企業も買収候補として有望だ。場合によっては、高級品や半導体分野の企業が競合他社より優位に立つために買収を決定する可能性もあります。例えば、微細加工に優れ、3Dプリントの腕時計ケースの特許を保有している企業もあります。
MetShape は、独立した企業として規模を拡大し、収益を上げることも可能です。 Prototek や Protolabs などの企業は、やがてそれを買収できるかもしれない。規模の大きい微細加工業界であれば、自社の業務領域に近い企業であることがわかるかもしれません。特に医療分野の契約製造会社も興味を持つかもしれません。
全体的に見て、MetShape は、滑らかで高精度な小型部品に関しては、工業、医療、航空宇宙、高級品業界の企業にとってスケーラブルな製造パートナーになり得ることがわかります。アンタークティック・ベアは、その独自のポジショニング、知識、市場参入能力が、他社が参入しにくい市場を征服する上で大きな優位性となると考えています。

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