マントル：金属押し出し3Dプリント＋CNCフライス加工、450億ドルの金型市場に参入

2022年9月、Antarctic Bearは、6年間の開発期間を経て、Mantleがついに商用金属3Dプリントシステムをリリースしたことを知りました。このシステムは金属押し出しとCNCフライス加工を組み合わせ、他のバインダージェッティング技術ではこれまで実現できなかった機能を実現しました。しかし、技術よりも興味深いのはマントルのビジネスモデルだ。このスタートアップは当初、450億ドル規模の射出成形ツール市場をターゲットにしているのだ。

△マントルのTrueShapeプロセスは、高精度で表面仕上げの部品を生産できます

P-200 3Dプリンター
Mantle 社は、信頼性の高い CNC プラットフォームに基づいて設計され、金属スラリー押し出しヘッドを備えた P-200 3D プリンターの商用リリースを発表しました。造形容積が 200mm x 200mm x 150mm のこの機械は、まずスラリーの層を印刷し、次にそれを加熱して結合材を蒸発させます。約 10 層を印刷した後、高速 CNC フライス盤を使用して部品をトリミングし、より高い精度と滑らかな表面仕上げを実現します。固体金属ではなく乾燥したペーストを使用するため、切断プロセスが大幅に高速化されます。

△P-200金属3DプリンターとF-200。

その後、グリーンボディはマントルの F-200 炉に入れられ、ほぼ完全な密度の工具鋼部品に焼結されます。印刷プロセス中にバインダーの一部が蒸発するため、焼結中の材料の収縮は、通常約 20% 収縮する従来の結合金属部品とは異なり、10% 未満に制限されます。 CNC を使用すると、1～3μm Ra の「クラス最高の表面仕上げ」も実現できます。事前焼結されていても、印刷されたオブジェクトは非常に滑らかです。これは、印刷精度が向上するだけでなく、後処理が実質的に不要になることを意味します。

これまでに、研究者らはマントルプロセス用の工具鋼 H13 と P2X (P20 に類似) を開発しました。現時点では、このスタートアップは射出成形業界をターゲットにしているため、将来的には材料は主に工具鋼になります。精密工具のニーズに独自に対応することで、同社はこの分野で大きなチャンスを捉えることができます。

歯科用器具

△マントルの金属3Dプリントインサートと、マントルインサートを使用して成形された消臭パーツ。

通常、積層造形企業は大規模な製造業者をターゲットにしていますが、最終用途の部品の製造には主に 3D プリントを使用しているため、私たちの生活では積層造形によるスループットのメリットを実感できない可能性があります。しかし、付加製造を間接製造に適用すると、否定できないバタフライ効果が生まれます。

Invisalign のような企業は、3D プリントを使用した間接製造を通じて、まったく新しい産業を生み出しました。歯科矯正医の指示に従って患者の歯の 3D プリントモデルを開発することで、安定した生体適合性材料を使用して透明なアライナーを熱成形することができます。企業は歯科用アライナーの最終的な 3D プリント用の材料を開発していますが、無限の可能性を秘めた市場への参入はまだ始まったばかりです。一方、熱成形モデルは年間 2 億個の割合で印刷されています。

450億ドル相当の3Dプリント応用技術

AM では、機械の営業担当者がアプリケーションエンジニアやコンサルタントを兼任することがよくあります。顧客に 3D プリンターを販売するだけでなく、製造指導を通じて顧客を支援する必要もあります。マントルはまったく異なるアプローチを試みています。マントル氏が紹介した道具はすべて、格子状の軽量化構造や一体型の部品がなく、従来の道具のように見えました。ただし、CNC 加工で作られたツールと同等の強度と耐久性を備えています。顧客が信頼でき、使いやすいツールです。

マントル氏は、この伝統的な 450 億ドル規模の産業に 3D プリントを導入するために、車輪の再発明を試みることはしませんでした。 TrueShape ツールと従来の製造ツールの最大の違いは、設計と製造に数か月ではなく数週間かかり、コストも半分で済むことです。

マントル氏は、積層造形法の幾何学的自由度を、自社の技術を採用する理由として挙げてはいない。多くの場合、射出成形金型の放熱を加速できる「コンフォーマル冷却」という言葉を聞くだけで顧客は不安になり、モールドフローソフトウェアに対する恐怖感は、従来の製造業者が大挙して参入するのに十分です。

△金型はコンフォーマル冷却設計を採用し、MantleのTrueShapeプロセスを使用して3Dプリントされています。

「私たちは、ツールメーカーが慣れている、完全に密度が高く、固体の金属片を印刷できることを保証します」と、マントルの CEO ソロムは語ります。「今日ここで (マントルの IMTS ブースで) ご覧になる部品の大部分は、当社のエンジニアが設計したものとまったく同じです。印刷速度が速く、コストが安いだけです。私たちにとって、コンフォーマル冷却と新しい形状はまさに最高の仕上げであり、この強力な機能を使用してコンフォーマル冷却を行い、電力品質やサイクル時間を改善できます。」

通常、粉末床溶融結合システムのコストは 50 万ドル以上になります。比較すると、P-200 プリンターと F-200 炉を含む Mantle システム全体のコストは 35 万ドルです。

より大規模な市場における TrueShape 3D プリント<br /> ユーザーコンテキストの観点から見ると、Mantle が取ることができるルートは複数あり、明らかにそれらすべてを追求しています。具体的には、同社は工具メーカー、射出成形サプライヤー、社内で工具製作と製造を行っている垂直統合型企業をターゲットにしています。

「当社はロレアルなどの OEM 企業と協業してきましたが、基本的には、ツールメーカーであれ、ツールメーカーに代わってツールを製造する専任の社内グループであれ、ツールを製造する人たちが、テクノロジーの可能性を実現するかどうかにかかっています」と、最高商務責任者のディローラ氏は語ります。「垂直統合された医療業界やその他の業界で、独自のツールを製造し、プラスチック製造を行っている人たちは、サイクルタイムを短縮する方法を知っているため、当社の取り組みから大きな価値を引き出せることがわかりました。彼らはより多くの価値を得ています。ツールが高速化して生産が速くなるだけでなく、より高品質の部品も手に入ります。」

△マントル社製の射出成形用3Dプリント金型。

TrueShape プロセスは、Addifab や Fortify などのツールを直接ターゲットとする技術を含む他の 3D 印刷技術を補完します。 Addifab の Freeform Injection Molding は、短期間の射出成形用の一時的なツールとして使用されますが、Fortify のテクノロジーは、テクニカルセラミック材料を使用して、より長持ちする金型を製造するように設計されています。これらのプロセスは、製造業者が最終的な金属ツールに移行する前のブリッジツールまたはプロトタイピングに使用される可能性があります。どのように競争するかに関わらず、これらの企業は製造業を米国に戻すことに貢献できる。ソロム氏は、米国で約80億ドル相当の金型が製造され、アジアでは260億ドル相当の金型が製造されていると推定している。

アメリカの学生、デザイナー、エンジニアは従来の工具製作よりも CAD に重点を置いているため、TrueShape などのテクノロジーを使用した 3D プリントはアメリカの生産をデジタル化することができます。これは、COVID-19パンデミックとウクライナ戦争中に露呈したサプライチェーン危機の際に特に有益でした。

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