高品質、低コストの金属3Dプリントソリューション：バインダージェッティング

出典：Longyuan Forming

はじめに：3Dプリント技術は30年以上にわたって開発されており、その産業応用は世界中で年間20％以上の複合成長率を誇り、中国ではさらに高い成長率を誇っています。しかし、生産額ベースが比較的小さいため、3Dプリント産業はその大きな意義にもかかわらず、まだ小規模な産業です。 3D プリントの産業化が遅れている主な理由は 2 つあります。1 つは印刷効率が低い、つまり製造速度が遅いこと、もう 1 つは印刷材料が高価である、つまり製造コストが高いことです。遅くて高価な技術を生産ラインに適用するのは困難であるため、これまで 3D プリント装置の主なユーザーは、科学研究機関、大企業の研究開発部門、学校、3D プリントサービス機関がほとんどでした。

従来の 3D プリンティングは遅くて高価であるという問題を解決するために、3D プリンティング 2.0 バインダージェッティング (Binder Jetting/3DP、以下 BJ と略す) プロセスが誕生しました。 3Dプリント1.0と比較すると、PBFやDEDなどの金属積層造形プロセスは「ポイントスキャン」技術を使用しており、処理効率が低く、従来の製造技術よりも数倍のコストがかかるため、大規模な産業応用を実現することは困難です。「ラインスキャン」技術を採用した3Dプリント2.0バインダージェッティングBJプロセスは、高効率、高精度の積層造形技術です。伝統的な粉末冶金業界の材料システムと焼結プロセスを採用し、低コストで材料の標準化度が高く、業界に高効率、高品質、低コストの金属積層造形ソリューションを提供し、生産ラインに適用できるため、3Dプリント技術の大規模応用に強固な基盤を築くことができます。 3Dプリント2.0は、3Dプリント業界に画期的な進歩と持続的な成長をもたらすことが期待されています。

国際的には、Desktop Metal、HP、Digital Metal、GEなどの世界的なテクノロジー企業がBJメタル技術の市場潜在力に楽観的であり、過去5年間で、BJメタル技術の開発を相次いで完了し、一定の産業応用を達成しました。中国は主要な製造国として、BJ金属技術に対するより切迫した市場需要、特にMIM（金属射出成形）業界からの迅速な試作と小中規模のバッチ生産の需要を抱えています。このような背景から、近年、国内のBJ金属技術は急速に発展してきました。実際、早くも1994年に北京龍源自動成形システム株式会社（サンディテクノロジーの子会社、以下「龍源成形」と略す）の創設者である宗桂生博士は、「ラインスキャン」の概念を提唱し、「可変長ラインスキャン高速自動成形方法および装置」（ZL 94106496.4）の発明特許を申請しました。 2018年以来、龍源成形は、ポスドクワークステーションのポスドクチームの技術革新とR＆Dチームのエンジニアリング革新を通じて、20種類以上の材料に適した一連のBJ機器と5シリーズの接着剤の開発と製造に成功し、市場に投入しました。

龍源成形は、国立前海技術研究所、ポスドクワークステーション、製品開発チームからなる同社の協働イノベーションシステムと、30年近くの積層造形装置の研究開発基盤に基づき、バインダージェット成形技術の装置、材料、プロセスに関するいくつかの重要な技術を独自に習得し、研究開発用のRシリーズや生産用のPシリーズなどのシリーズ装置の開発、鉄系材料、非鉄金属、耐熱合金、耐火金属、セラミック材料、無機塩、ポリマー材料、食品材料などの体系的な材料プロセスの開発を完了しました。

龍源成形Rシリーズ装置AFS-J120RおよびAFS-J380Rは、大学、研究機関、企業の研究開発機関など向けの研究開発装置です。このシリーズの装置は、最大印刷精度±0.2mm、解像度400〜800DPI、印刷速度2.5L/h、グリーンブランク密度55〜62%を実現できます。この装置は操作が簡単で迅速であり、粉末材料とバインダーインクを柔軟に交換できます。構造がシンプルでメンテナンスが容易であり、科学研究の効率と実験の再現性を効果的に保証します。独自に開発された産業用制御ソフトウェアとデータ処理ソフトウェアを採用し、プロセスパラメータは高度にオープンで、独立して調整可能です。多種多様な材料に対応できるだけでなく、新材料の探索研究や迅速な準備反復にも適しています。

△龍源成型BJバインダージェッティング金属印刷装置AFS-J120R（左）、AFS-J380R（右）
Pシリーズ装置は、MIM、金型、工具などの産業向けの生産装置です。このシリーズの設備は、最新のトップパウダー供給シングルシリンダー構造を採用し、V +精密パウダー滴下システム、ダブルローラー複合高密度パウダー散布システム、自動ノズル洗浄、内蔵空気浄化システムなどの装置を備えています。操作は簡単で迅速で、粉末材料とバインダーインクを柔軟に交換でき、生産効率を効果的に確保します。印刷精度±0.15mm、解像度400〜1200DPI（自由に調整可能）、最大印刷速度2.5L/h、グリーンブランク密度55〜62%を実現します。ハイエンド生産設備AFS-J380Lには高精度の成形シリンダー移送車両も装備されており、成形シリンダーの迅速な移送と交換を実現し、硬化の待ち時間を節約できます。最大印刷精度は±0.1mm、最大印刷速度は3.6L/hに達し、関連技術指標は国際先進レベルに達しています。

△龍源成型BJバインダージェッティング金属印刷装置AFS-J380P（左）、AFS-J380L（右）
さらに、Longyuan Molding は接着剤の配合を独自に設計する能力を備えており、新しい材料や新しい用途向けのカスタマイズされた接着剤に対する顧客の開発ニーズを満たすことができます。この設備を基に、鉄系合金、軽金属合金、有機ガラス、セラミックスなど20種類以上のマトリックス材料に適した一連のBJ特殊接着剤配合の開発に成功しました。その中で、SS316L、SS420、18Ni300などのさまざまな材料の脱脂および焼結プロセスはすべて、MIM業界の国際的な材料規格を満たしています。さらに、当社は全国に専門の技術サービスセンターを設立しており、顧客のニーズに24時間体制で迅速かつ対応し、設備の安定した稼働をしっかりと保証することができます。

△龍源成形BJバインダージェッティング金属印刷事例
BJ金属技術は、印刷効率が高く、材料コストが低く、設備の費用対効果が高く、追加のサポートが不要で、大量生産に適しているため、「Additive 2.0」技術と呼ばれています。自動車、ハードウェア、エレクトロニクス、ツール、金型、ナイフ、医療機器、スポーツ用品などの業界で大規模な産業用途を形成します。市場空間が広く、将来の市場規模は1000億人民元を超えるでしょう。同時に、直接金属成形技術として、BJ金属技術の開発と応用は徐々に金属積層造形分野の中核技術トレンドへと成長し、金属部品の大量生産に大きな活力を示しています。将来的には、この技術が従来の製造業に大きな影響を与え、金属付加製造業界の市場環境を変えると考えられています。

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