150レーザービーム金属3Dプリンター、100倍のパワー、VulcanFormsが大規模製造サービスを開始

南極熊紹介：画期的なレーザー粉末床金属3Dプリント技術が海外で登場し、150本のレーザービームを使用し、総出力エネルギーは最大100キロワットに達し、生産速度が大幅に向上し、金属部品の大規模製造における破壊的なプロセスになりました。資金調達額は3億5,500万米ドル（約24億人民元）に達し、幅広い市場への応用の見通しを十分に反映しています。

2022 年 7 月、アンタークティックベアはマサチューセッツ州デベンスに 3D プリンターがいくつかあることを知りました。高さ 20 フィート、重さ 60,000 ポンドの 3D プリンターは、3D プリントの技術の最先端を代表しています。各3Dプリンターには150本のレーザービームがあり、各システムは最大100キロワットのレーザー出力を粉末床に供給できます。これは通常のシステム（最大250倍）の100倍に相当します。これらのレーザービームは前後に素早く移動し、高速かつ高精度で部品を製造できます。同社は現在、航空宇宙、半導体、防衛、医療インプラントなどの分野の企業顧客向けにハイテク部品を製造しています。

これらのマシンはチタンやその他の材料を印刷できることは特筆に値します。全体の構造は密閉されており、内部の雰囲気保護にはアルゴンが使用されています。アルゴンは最も反応性の低いガスの 1 つであり、部品の欠陥や不純物の発生を減らすことができます。以下、Antarctic Bear が VulcanForms の技術開発と運用モデルについて詳しく紹介します。

バルカンフォーム
ボストンの北西約40マイルに位置するマサチューセッツ州デベンスにある3Dプリント工場は、MITからスピンアウトした新会社であるVulcanFormsが所有している。同社は現在までに3億5500万ドルのベンチャー資金を調達している。従業員数は過去1年間で6倍の360人に増加し、ゼネラル・エレクトリックやプラット・アンド・ホイットニーなどの大手メーカーや、グーグルやオートデスクなどのテクノロジー企業からの従業員が集まっている。 VulcanForms の投資家には、Eclipse Ventures、Stata Venture Partners、Fontinalis Partners、D1 Capital Partners、Standard Investments、Atlas Innovate、Boston Seed Capital、Industry Ventures、Simkins Family が含まれます。

VulcanFormsの共同創設者でMIT機械工学教授のジョン・ハート氏は、「技術の有効性は実証済みで、今や核心的な問題は同社の資金調達と運営管理だ」と述べた。Antarctic Bearは、これは避けられないことであり、資金調達と運営管理も技術の発展において重要な役割を果たすだろうと言いたい。製造業の専門家、企業幹部、投資家は、1980年代に始まった3Dプリンティングの発展には、テクノロジー、経済、投資動向が不可欠であることに同意しています。

△3Dプリンターで作られた部品は、高度な電子機器の放熱に活用できます。

3Dプリント開発

3D プリントでは、層ごとにゼロから何かを作ります。コンピューターがレーザー光線を誘導し、金属、プラスチック、複合材料の粉末を溶かして層を作ります。従来の減算型製造プロセスでは、通常、金属片を鋳造し、機械またはツールを使用して部品を目的の形状に切断するなど、材料を除去します。マッキンゼー・アンド・カンパニーの製造専門家であるヨルグ・ブロンバーガー氏は、積層造形法としても知られる3Dプリンティングは、もはや一部の消費者向け製品や工業製品、あるいは設計コンセプトの試作のための目新しい技術ではないと指摘する。これは現在、工業グレードの製品品質と大量印刷を実現し始めている技術です。付加製造は環境にも優しく、鋳造、鍛造、切削などの従来の製造プロセスに比べて廃棄物がはるかに少なくなります。一部の金属部品の場合、3D プリントにより材料コストを 90% 削減し、エネルギーを 50% 削減できます。専門家によると、産業用3Dプリンティング技術が迅速かつ効率的に大量生産できれば、特殊部品の製造にかかる総費用を大幅に削減できる可能性があるという。

近年、いくつかの企業が積層造形法を利用して特殊な部品を製造しています。ゼネラル・エレクトリックはジェットエンジンの燃料ノズルの製造に3Dプリントを活用し、ストライカーは脊椎インプラントを製造し、アディダスは高級ランニングシューズの格子状の靴底を印刷している。歯科インプラントや歯列矯正器具も 3D プリントを使用して製造できます。新型コロナウイルス感染症のパンデミックの間、3Dプリンターはフェイスマスクや人工呼吸器の部品を緊急供給するために生産した。専門家は、3D プリンティングの現在の潜在力は非常に大きいと指摘しています。製造サービスマーケットプレイスHubsのレポートによると、3Dプリント市場は2026年までに3倍の450億ドル近くにまで拡大すると予想されています。

バイデン政権は、3Dプリンティングを活用して米国製造業の回復を主導したいと考えている。エリザベス・レイノルズ大統領製造・経済開発担当特別補佐官は、付加製造はロボット工学や人工知能とともに「21世紀の現代製造業の基盤」となるだろうと語った。

△ VulcanFormsの3Dプリントは他のシステムよりも多くのレーザービームアレイを使用する

5月、バイデン大統領はシンシナティを訪れ、ホワイトハウスが大手メーカーと提携して立ち上げた「Additive Manufacturing Forward」と呼ばれる取り組みを発表した。当初の企業メンバー5社には、GEアビエーション、ハネウェル、シーメンス・エナジー、レイセオン、ロッキード・マーティンなど、積層造形の使用を幅広く増やしている企業があり、米国の中小規模のサプライヤーが3Dプリンティング製造技術を導入できるよう支援することを約束している。この取り組みは、投資を加速し、より幅広い付加製造アプリケーションの基盤を構築することを目的としています。

VulcanForms: 製品としての工場
VulcanForms は、2015 年にハート博士と大学院生のマーティン・フェルドマンによって設立されました。彼らは、既存のシステムよりも何倍も大きいレーザービームのアレイを使用する、3D プリントへのまったく新しいアプローチを追求しています。これには、個々のレーザービームが調和して動作できるように、レーザー光学系、センサー、ソフトウェアの革新が必要です。

2017年までに、彼らの研究は機械を製造できるほどに進歩しましたが、資金が不足していました。最終的に、たゆまぬ努力の末、彼らはEclipse Venturesから200万ドルのシードラウンド投資を獲得しました。 Eclipse のパートナーである Greg Reichow 氏は、VulcanForms のテクノロジーは 3D プリントの 3 つの欠点 (速度が遅すぎる、コストが高すぎる、欠陥が多すぎる) を解決しようとしたものだったと振り返ります。

△従業員がVulcanForms 3Dプリンターを組み立てるための部品を準備しています。

このスタートアップ企業は、そのコンセプトが機能することを証明するために、最初のマシンの構築に尽力した。その後、最初のマシンをベースに新しいバージョンが開発され、印刷機能がさらに強化され、印刷される部品の精度も向上しました。 VulcanForms社によると、同社が今回発売するプリンターは、ほとんどの3Dプリンターよりも100倍強力なレーザーを搭載しており、何倍も速く部品を製造できるという。この印刷技術は当社の中核的な知的資産であり、数十件の特許によって保護されています。しかし、VulcanForms は、カスタム部品を必要とする顧客へのサプライヤーになるという戦略を掲げ、自社の機械を販売しないことに決めました。このアプローチにより、VulcanForms は製造プロセス全体を制御できるようになり、製造プロセスのすべての段階を自社で構築し、独自のプリンターを構築し、部品を設計し、最終的な処理とテストを実行しています。

△ 製造工程

CEO フェルドマン氏: 「成功したければ、完全なデジタル製造プロセスを確立しなければなりません。工場こそが製品なのです。」現在、DEVENS 工場には 6 台の巨大プリンターがあり、来年までには 20 台に達する予定です。 VulcanForms は第 2 工場の建設場所を 4 か所特定しました。同社は5年以内にいくつかの3Dプリント工場を立ち上げ、稼働させたいと考えている。

△VulcanForms工場には巨大な3Dプリンターが6台あり、来年までには20台になる予定。

以前ゼネラル・エレクトリック社で働いていたブレント・ブルネル氏が、付加製造の専門家としてVulcanFormsに入社しました。ブレント・ブルネル氏は、3Dプリンティングで大型レーザーアレイを使用するというコンセプトは新しいものではないが、実際にそれを実行した人はこれまで誰もいなかったと語った。彼は、VulcanForms に入社してその技術を調べた結果、VulcanForms には明らかな利点があり、レーザーアレイ印刷への道で VulcanForms は大きな一歩を踏み出したと言えるだろうと確信しました。

「工場自体が強力な採用ツールになり得る」と、プラット・アンド・ホイットニーの元上級製造マネージャーで現在はバルカンフォームズの業務部長を務めるキップ・ワイマン氏は語る。「私は候補者をここに連れて来て、機械を直接見せます。彼らの反応はたいてい、バルカンフォームズの一員になりたいというものです。」

一部の工業部品では、3D プリントだけでは不十分で、最終的な熱処理と金属加工が必要になります。そこで、VulcanForms は今年 Arwood Machine を買収しました。アーウッドは戦闘機、水中ドローン、ミサイルの部品を製造する近代的な機械工場です。 VulcanForms のリーダーシップの下、今後数年間で Arwood の投資と従業員数 (現在 90 人) を 3 倍に増やす計画です。

VulcanForms は収益を公表していない非公開企業ですが、売上は急速に伸びており、注文は四半期ごとに 10 倍に増加しています。 VulcanForms の継続的な売上成長は、主に人工知能アプリケーション向けの特殊な半導体システムを製造する Cerebras などの顧客の追加によるものです。昨年、Cerebras は、強力なコンピュータープロセッサ用の複雑な水冷コンポーネントの作成に VulcanForms の協力を求めました。

△水冷部品

半導体会社は、小さなチタンチューブの複雑なネットワークであるプロトタイプの設計図をVulcanFormsに送った。セレブラスのCEOアンドリュー・フェルドマン氏は、48時間以内にバルカンフォームズが部品を製造し、その後両社のエンジニアがプロトタイプに基づいてさらに改良を加え、冷却システムが現在使用されていると振り返った。

△3Dプリンターの前で写真を撮るハート博士とフェルドマン氏。

フェルドマン氏は、現代の3Dプリンティングにより、エンジニアは性能を向上させる新しい複雑な設計を行うことができるようになったと述べた。水冷部品を他の方法で製造することは不可能であり、このような複雑な部品を製造するには積層造形を使用する必要がありました。積層造形は、従来の製造や加工の考え方を変え、モノの作り方を再考させるものであると言えます。

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