南極のクマ目録：中国はこれらの20の3Dプリント技術についてほとんど何も知らない

はじめに：海外では徐々に発展し、成長し、トレンドにもなっている3Dプリント技術群がありますが、中国ではほとんど空白状態にあり、南極のクマをかなり心配させています。そこで、私たちは中国に不足しているこれらの 3D プリント技術を取り上げ、皆様の注目と関心を集めることを目指しています。

2022年4月、南極熊は「2017年から2021年までの中国の3Dプリンター輸出データ：5年間の急増後、継続できるか？」と題するレポートをまとめ、発表した。」によると、中国の3Dプリンター輸出台数は2021年に280万台を超え、同時に国内市場も急成長している。しかし、業界関係者にとって、あるネットユーザーのコメントは熟考する価値がある。「この金額は、消費者向け機械であることを示しており、この分野では全体的に低品質の製品しか海外に輸出できず、付加価値率が低すぎることを意味します。」

Nanjixiong は、グローバル 3D プリント製品ライブラリ https://product.nanjixiong.com/ から、近年、中国では革新的な 3D プリント技術製品はほとんどなく、通常は古い技術の改良とアップグレードであることがわかりました。ただし、海外では新しい 3D プリント技術と製品が次々と登場しており、検討に値します。以下では、国内で不足している 3D プリント技術製品 20 種を取り上げ、皆様の注目を集めることを期待しています。
（特記事項：以下の技術の一部は中国で研究されている可能性がありますが、商業的応用にはまだ程遠いです。）

金属

1. バインダージェッティング金属3Dプリントシステムと後処理プロセス<br /> バインダージェッティング金属3Dプリント技術は、金属部品の大量生産においてコストと効率の面で大きな利点があり、近年自動車などの産業分野で注目を集めています。海外では、Desktop Metal、Exone、HP、GE、Digital Metalなどが商業運転を実現し始めていますが、中国での商業化のスピードは比較的遅いです。例えば、武漢Yizhi、北京Sandi、長沙Mercuryなどは、金属材料、バインダー、ソフトウェア制御、脱脂および焼結プロセスなど、多くの学際的な問題を伴うため、商業化は非常に困難です。

世界各国のメーカーが製造するバインダージェッティング方式の金属3Dプリンターシステムの中でも、最も注目を集めているのが、米国デスクトップメタル社の大型金属3Dプリンター「Production System™ P-50」だ。

バインダージェッティングとシングルパスインクジェット技術を使用する 3D プリンター製造システム™ は、大規模な金属部品を 3D プリントする最も速い方法かもしれません。 1 秒あたり 15 億個のインク滴を吐出できる 16,384 個のノズルを備えた最先端のプリントヘッド、1200 x 1200 DPI のネイティブ解像度、優れた信頼性、双方向シングルパス印刷を特徴とし、最大 12,000cm3/時のスタッキング効率と 1 日あたり最大 10,000 個の部品で複雑な金属部品の高速 3D 印刷を可能にします。

シングルパスバインダージェッティング金属3Dプリント技術の原理

Single Pass Jetting™ (SPJ) をサポートする Production System™ は双方向 3D 印刷を特徴としており、1 回の移動を無駄にすることなく 1 回の移動で 1 回の印刷が可能です。具体的なワークフローは以下のとおりです

△ ビデオ：シングルパスバインダージェッティング金属3Dプリント技術のプロセス原理

①3Dプリント。双方向シングルパス 3D 印刷では、印刷物が構築領域全体を通過するたび、印刷プロセスのすべてのステップ (粉末の堆積、拡散、圧縮、弾道抑制、バインダーの噴射) が適用されます。金属粉末とバインダーは、部品とその周囲の領域の両方からのバルク粉末でビルド全体が満たされるまで、層ごとに堆積されます。

②ファンを失う。ビルドが完了すると、ビルドクレートが削除され、次のビルド用の新しいクレートに置き換えられます。完成したビルドボックスは洗浄ステーションに移動され、そこで粉末が除去され、部品は焼結の準備が整います。

③焼結。粉末を取り除いた部品は工業炉に投入され、融点近くまで加熱されます。残ったバインダーを除去すると、金属粒子が融合して部品の密度が高まります。

詳しい紹介: https://www.nanjixiong.com/thread-153243-1-1.html

2. サポートフリー金属3DプリントシステムVELO3D

カリフォルニアに拠点を置く VELO3D 社は、直接金属レーザー焼結 (DMLS) 積層造形システムと印刷準備ソフトウェアの開発会社であり、サポートフリーの金属 3D 印刷技術である SupportFree Geometries を発明しました。同社は2014年に設立され、最初の4年間はひそかに研究開発に取り組み、2015年にシリーズAの資金調達で2,210万ドルを調達した。同社は2018年に国際製造技術展（IMTS）で初めてSapphire DMLSシステムを発表した。 Sapphire システムの鍵となるのは、部品の変形をシミュレートして予測し、サポート構造を排除する VELO3D の Smart Fusion テクノロジーです。 Smart Fusion プロセスは、部品の設計を調整して変形のバランスを取り、フィードフォワード閉ループ溶融プール制御と現場計測データを組み合わせて、実質的にサポート構造のない部品を製造します。

VELO3D は、サポートを必要とせずに、0° (水平) までの低角度とオーバーハング、および最大 100 mm の大きな直径とインナーチューブを印刷できる独自の機能を備えている点で、既存の粉末ベッド融合ソリューションとは異なります。これにより、後処理の手間が省けるだけでなく、45° ルール（45° 未満の角度にはサポートが必要）も克服されます。 VELO3D はデザイナーに構築の自由を与え、3D プリントを通じて作成できる幅広いデザインを実現します。
△VELO3Dは宇宙産業最大手の3Dプリンターサプライヤーの一つです。画像出典: VELO3D

カリフォルニアに拠点を置く金属3Dプリンターメーカーは、2021年に株式を公開して以来、特に大量生産の金属マシンを中心に、印刷システムの需要が継続的に増加しています。 2021年には合計23のシステムを出荷し、2,740万米ドルの収益を達成しました。2020年には、10社の新規顧客への出荷を含め、わずか13システムの出荷で77%増加しました。最後に、2021 年に 34 のシステムが予約されており、VELO3D は 2022 年の収益目標である 8,900 万ドルにますます自信を深めています。
同社の現在の予測によれば、2022年には24社の新規顧客を獲得し、47～49台のシステムを出荷する予定だ。最高財務責任者のビル・マッコーム氏は、2022年上半期の売上高がVELO3Dの年間目標の37～43％を占めると予測していると述べた。
（注：南極熊は、2021年に金属3Dプリンター23セットが出荷され、売上高は2,740万米ドル、1台あたりの平均価格は約120万米ドル、約800万人民元と概算しています。2022年には48セットが出荷され、売上高は8,900万米ドル、1台あたりの平均価格は約185万米ドル、約1,200万人民元と予想しています。ここから、大型金属3Dプリンターの受注量が大幅に増加し、平均単価が800万人民元から1,200万人民元に高騰していることがわかります。また、高価な機器モデルを平均化することを考慮すると、金属プリンター1台の実際の価格は間違いなく200万米ドルを超えます）

△サファイアXC。 2021年12月23日、最初のSapphire® XCが納入されたことが発表されました。このマシンは8つの1kWレーザーを備え、Velo3Dの最新かつ最大の金属3Dプリンターであり、より高速な生産とより大きな金属部品の製造が可能です。以前の世代の Sapphire プリンターと同様に、Sapphire XC は同じ Flow™ 印刷準備ソフトウェア、Assure™ 品質管理ソフトウェア、および IntelligentFusion 製造プロセスを使用します。

3. 200万個のレーザーポイントを備えた金属「エリア3Dプリント」技術、理論速度は1,000倍に向上
シリコンバレーの金属 3D プリントのスタートアップ企業である Seurat Technologies は、 200 万個のレーザーポイントを使用して部品の大規模な 3D プリントを実現する「地域印刷プロセス」を採用しています。これは、材料を溶かすために約 100 万個のダイオードレーザーを使用するというEOSの以前の発表と似ています。
△セラの200万レーザー「地域印刷プロセス」は金属部品を印刷できる
このテクノロジーの破壊的な性質は次の点にあります。

200 万個のレーザーポイント、従来のレーザー 3D 印刷技術よりも 1,000 倍高速で、単一部品の製造コストを大幅に削減します。

解像度と精度が高く、スポット径は 10 ミクロンまで小さくできます。

地域の処理速度がスケーラビリティの限界を突破します。

Seurat の新技術は、レーザー光源の数を増やすのではなく、まったく新しいビーム操作方法を使用して、時間あたりの溶解量を増加させます。従来の金属積層造形システムのスポット径は 100 ミクロンです。単一レーザーシステムでは、直径 100 ミクロンのレーザーを使用してスキャンと印刷を行います。 Seurat システムは、15 平方ミリメートルの正方形の領域に 200 万個のレーザースポットを照射します。各光スポットの直径は約 10 ミクロンで、一度に 1 つの領域が印刷されることになります。詳細な技術紹介 https://www.nanjixiong.com/thread-147596-1-1.html
分析してみると、このテクノロジーの威力を理解しやすくなるかもしれません。

レーザー印刷の照射効率で見ると、Seuratのスポット面積は15平方ミリメートルに相当するのに対し、直径100ミクロンの従来の単一レーザーのスポット面積はわずか0.0078平方ミリメートルで、その差は1,000倍近くあります。つまり、溶融効率は単一レーザーシステムの最大1,000倍を達成できることになります。
レーザー印刷の精度と解像度に関して言えば、Seurat の精度は従来の単一レーザーの 10 倍に達します。

既存の金属積層造形法の中で最も効率的な 2 つのプロセスは、アークヒューズとバインダージェッティングです。アークヒューズは、ワイヤベースの溶接プロセスを使用して材料を堆積します。ただし、アークヒューズの印刷精度は非常に低く、印刷できる最小の特徴サイズは 5 ～ 10 mm です。バインダージェッティングはインクジェット印刷技術に基づいており、高い生産速度でグリーン部品を印刷できますが、印刷後に焼結するという 2 段階のプロセスがあるため、この技術を習得するのは困難です。現在、これら 2 つの技術的方法を使用することで、1 時間あたり 400 ～ 1,500 立方センチメートルの印刷速度を実現できます。
Seurat のゾーン印刷技術は、既存の金属 3D 印刷技術よりもはるかに生産性に優れています。アークフューズよりもさらに高速に印刷しながら、レーザーパウダーベッドフュージョンの精度と解像度を維持し、表面品質と部品の柔軟性をさらに向上させる可能性があります。 △レーザー粉末床溶融、アーク溶融、バインダージェッティング、エリア印刷技術の4つのプロセスの最小フィーチャサイズと印刷効率の比較
「Seuratは革新的な技術を市場に投入しており、新たな金融・戦略投資家の獲得は同社が商業化の次のステップに進む上で大いに役立つだろう」とSeuratのCEO兼共同創設者のジェームズ・デムス氏は述べた。
Seurat は 2015 年の創業以来、自動車、消費者向けテクノロジー、産業分野の顧客への販売を目的とした「領域印刷プロセス」の開発に取り組んできました。エリアプリンティングでは、200 万を超えるレーザーポイントを金属粉末の層に集中させ、既存の技術に比べて最終使用部品の迅速な印刷を可能にします。

自動車分野では、Seurat は自社の技術が次世代電気自動車のスペアパーツや試作品の部品の製造に利用できると考えています。同時に、この技術は、拡張性と飛沫のない性質を備えているため、産業用途の大型部品の製造に最適です。
Seurat テクノロジーは生産効率が高いため、ユーザーはコストを効果的に削減できます。 Seurat の Zone Printing テクノロジーは、部品あたりのコストに対する既存の障壁を打ち破り、同社の第 1 世代のシステムでは、今日の積層造形テクノロジーと比較してコストをすでに 50% 削減できます。さらに効率性の向上が図られ、次世代の機械は2030年までに従来のダイカスト工程の製造コストを下回ることを目標としています。これは、積層造形が主流の技術となる画期的な出来事となるでしょう。

4. 高速コールドスプレー金属3Dプリント技術

オーストラリアには、Titomic と SPEE3D という 2 つの大手高速コールドスプレー金属 3D プリント製造会社があります。
△SPEE3D社のWarpSPEE3Dマシンで製造された17.9kgの銅製ロケットノズルライナー（SPEE3D提供）
SPEE3Dは、熱を使わずに金属粉末を溶かす「超音速3D堆積」技術を開発しました。このプロセスでは、ノズルが空気を音速の 3 倍まで加速して金属粉末を噴射し、それを 6 軸ロボットアームで操作される基板上に堆積させます。このプロセスでは、粒子同士が衝突する際の運動エネルギーによって粉末が結合し、鋳造よりも優れた冶金特性を持つ高密度の部品が形成されます。

オーストラリアの低価格金属3DプリンターメーカーSPEE3Dは、産業グレードの金属3DプリンターLightSPEE3Dを展示しました。このマシンは超音速 3D 堆積 (SP3D) 技術を採用しており、印刷速度が非常に速く、6 分で金属ハンマーを印刷できます。ブラケット、マニホールド、エンジン部品などの鋳造グレードの部品を「迅速かつコスト効率よく」生産できる。単一のジョブで個々の部品を印刷することも、大量のバッチを印刷することもできます。 SPEE3D によれば、同社のマシンは、製品や数量に関係なく、従来の金属 3D 印刷技術よりも 100 ～ 1,000 倍の速度で、オンデマンドで経済的に印刷できるという。異なる粉末金属を混合して合金を形成できます。

5. ナノ粒子ジェット3Dプリント技術
イスラエルの NanoParticle (NPJ) ナノ粒子ジェット 3D プリント製造業者である XJet △XJet Carmel 1400 C セラミック 3D プリンター印刷チャンバー
NPJ は、液体分散を使用して 3D プリント部品を作成する付加製造プロセスであり、多くの金属 3D プリントプロセスで使用される粉末溶融プロセスとは異なります。 NPJ テクノロジーでは、セラミックおよび金属粒子が液体中に噴射され、それがビルドプラットフォーム上に堆積されると、液体が蒸発し、セラミックまたは金属の溶融層が残ります。結果として得られる部品は、高いレベルの詳細、表面仕上げ、精度を備えています。
△ XJet動画撮影
NPJ 3D プリント技術の具体的なプロセスは次のとおりです。
1. 完全に押しつぶされた。 3D プリンターはまず高分子金属粒子をナノスケールの技術粒子に粉砕します。
2. インクを注入します。液体金属材料は、ナノスケールの金属粒子と特殊な結合インクの 2 つの部分で構成されています。粉砕された金属粒子は、XJet が開発した接合インクに注入されます。金属はインク内で溶けるのではなく、キャビティ全体を満たす懸濁液を形成します。
3. 液体混合物を押し出し、形に固めて製品を印刷します。完全な技術紹介 https://www.nanjixiong.com/thread-138457-1-1.html
XJet の特許取得済み NanoParticle Jetting™ テクノロジーは、液体懸濁液中の固体金属ナノ粒子を使用します。これらの材料とサポート材料は、密封されたカートリッジとして提供され、XJet システムに手動で簡単にロードできるため、金属粉末を扱う必要がなくなります。この独自の液体金属ジェット印刷技術により、カスタマイズされた金属部品の大規模、低コスト、効率的な生産が可能になります。
6. インテリジェントな積層金属3Dプリント

3DEO は 2016 年に設立された、オンデマンドの金属部品を製造する米国の企業です。 3DEO は、同社のインテリジェントなレイヤリング技術により、コストを削減し、金属射出成形の業界標準を満たしながら部品を大量生産できると主張している。さらに、医療、防衛、航空宇宙市場の顧客向けに、優れた表面品質、低コストの構造、優れた機能性を備えた金属部品の生産も可能になります。
スマートレイヤリング技術を使用して作られた3Dプリント金属部品
インテリジェントレイヤリングは、コスト、品質、納品速度の点で従来の製造方法を上回る金属 3D 印刷技術です。小型で複雑な金属部品は、初期費用が高く、リードタイムが長く、設計の変更が難しいため、購入者にとって調達が困難です。 3DEO の特許技術はこの問題を解決し、価格と品質の両方で競争上の優位性を備えています。

△インテリジェントレイヤリング技術に基づく3Dプリンター構造図

これは、3DEO が開発した、金属部品の中量から大量生産を可能にするまったく新しい金属 3D 印刷プロセスです。

①造形トレイに金属粉末を薄く塗り広げ、スプレーシステムを使用して金属層全体にバインダーをスプレーします。次に、マイクロエンドミルを使用して、すべての層の特徴の周囲にある結合粉末を切断しました。このプロセスは、正確な緑色の部品が作成されるまで、層ごとに繰り返されます。

②グリーン部品は炉で焼結され、最終部品密度が99％以上になります。

非常に再現性の高いプロセスで低コストの金属部品を生産し、大量生産の金属 3D プリントの可能性を最大限に引き出します。

△ ビデオ: 3DEO インテリジェント積層金属 3D プリント技術
低コストの材料をサポートします。 Antarctic Bear 社は、このテクノロジーにより大きな競争上の優位性が得られると考えています。市場に流通している多数の金属粉末に対応し、PBF粉末焼結プロセスで使用される球状粉末に比べてコストが5～10倍低く、同時に金属積層造形の高コストと低収率という課題を解決します。同時に、一貫性も非常に高いです。高密度の微粉末を使用しているため、3DEO を焼結した後に得られる部品の表面仕上げも約 100 Ra と非常に高くなります。

超低コストプロセス
非常に良好な表面品質
MPIF 35の高い業界基準を満たしています
アニーリング処理なし

バインダージェッティングなどの他の接合および焼結技術と同様に、スマートレイヤリングでは焼結サイクル中に収縮が発生します。金属粉末を炉で焼結すると、金属粒子間の隙間がなくなり、粒子が融合するため、ある程度の収縮が起こります。この収縮は予測可能であり、遭遇する部品の形状ごとに補正できますが、間違いなくプロセスの欠点です。詳しい紹介: https://www.nanjixiong.com/thread-141840-1-1.html

Intelligent Layering は、金属積層造形を大量生産の世界に導入するために誕生しました。大量生産に最適なため、PBF の競合製品というよりは補完製品です。その用途は幅広く、医療や歯科の用途、銃器の部品、精密ギア、その他多くの複雑でサイズの限られた金属部品など、現在金属射出成形が利用されている市場の多くが含まれます。
7. 電気化学堆積マイクロナノ金属3Dプリント技術
スイスの超微細ナノスケール金属 3D プリント会社、exaddon。同社の CERES 3D 印刷システムは、研究者や科学者がマイクロメートルスケールで金属の 3D 印刷マイクロ製造 (μAM) を実行できるように設計されています。

CERES は、後処理を必要とせずに、室温でナノスケールの解像度で、サイズが 1 μm から最大 1000 μm (人間の髪の毛は通常 80 ～ 90 μm) までの複雑なマイクロ金属オブジェクトを印刷できます。

△ ビデオ: Exaddon 電気化学堆積マイクロナノ金属 3D 印刷技術
金属 3D プリンティングマイクロ製造技術 (μAM) は電気化学堆積に基づいており、その原理は次のとおりです。

イオンチップと呼ばれる小さな 3D プリントノズルを懸濁した電解質に浸し、正確に調整された空気圧によって金属イオンを含む液体をイオンヘッド内のマイクロチャネルに押し込みます。液体の流量は非常に小さく、1 秒あたり 1 フェムトリットル程度です。マイクロチャネルの端では、イオンを含む液体が 3D プリントされた表面に放出されます。溶解した金属イオンは固体の金属原子として電気めっきされます。

△ 電気化学堆積マイクロナノ金属3Dプリントプロセス

これらの金属原子は小さな部分で集まってボクセルになります。光学式フォースフィードバックは、すべてのボクセルが印刷され、完全なオブジェクトが構築されるまで、各ボクセルの 3D 印刷の完了を記録します。電気化学 3D 印刷プロセスは室温で行われ、後処理なしで直接適用できる非常に高品質の金属構造を生成します。 Antarctic Bear の見解では、この技術は非常に革新的であり、微細加工および製造の分野で大きな応用可能性を秘めています。

イオンチップノズルに作用する力は光学的に測定され、プロセス制御のためにリアルタイムでシステムにフィードバックされます。これにより、モデルオブジェクトのどのボクセルが 3D プリントされたかを検出できるようになります。詳細な技術紹介 https://www.nanjixiong.com/thread-139200-1-1.html

△CERES は、ミクロンおよびサブミクロンの解像度で複雑な純金属オブジェクトを 3D プリントできるスタンドアロンシステムです。さらに、さまざまな材料で作られた液体やナノ粒子をサポートします。
8. 溶融しない固体金属3Dプリント堆積技術
MELD は、米国海軍発祥の金属 3D 印刷技術で、固体金属 3D 印刷プロセスです。印刷プロセス中に材料が融点に達する前に印刷を実行できます。積層造形、コーティングの適用、部品の修理、金属接合、カスタム金属合金および金属マトリックス複合材のビレットや部品の製造など、幅広い用途があります。

△ ビデオ: 溶融しない固体金属 3D プリント堆積技術プロセス

驚くべきは、この金属3Dプリント技術は、金属粉末や棒など、さまざまな材料を原料として使用できることです。 MELD は、摩擦溶接のようなプロセスに基づく特許取得済みの付加製造プロセスであり、容易に入手できる固体材料または粉末を使用して金属部品を製造および修復するために使用できます。このプロセスでは溶融を伴わず、高密度部品の積層製造が可能になります。

固体プロセスである MELD では、残留応力が低く密度が完全な高品質の材料と部品を、従来のプロセスよりもはるかに低いエネルギー消費で生産できます。 MELDing の印刷プロセスは常に固体であるため、多孔性、高温割れ、または融合ベースのテクノロジーで一般的に問題となるその他の問題の影響を受けにくい材料も生成されます。このシングルステップのプロセスでは、堆積された材料の品質を向上させるために、熱間静水圧プレス (HIP) や焼結などの時間のかかる後処理は必要ありません。詳しい紹介：https://www.nanjixiong.com/thread-143385-1-1.html

9. 電磁液体金属3Dプリント技術

Vader Systems の創設者である Zack Vader は米国ニューヨーク出身で、もう 1 人の創設者は Zack の父親の Scott です。その後、同社はゼロックス社に買収された。彼らは、磁気流体力学 (MHD) と液体金属ジェット印刷 (LMJP) を組み合わせて、独自の技術である Magnet-o-Jet を開発しました。電磁力を利用して溶融金属液を分散させる独自の技術です。粉末の代わりに金属線を原料として使用し、液体金属の液滴を磁気的に制御して印刷します。金属線をセラミックるつぼで加熱して溶かし、液体にします → 液体金属を電磁パルスで液滴に分散させます → セラミックノズルから噴射します。磁場によって金属液滴が正確な位置に移動し、そこで積み重ねられて形成されます。製造される部品は高精度で、等方性の材料特性を備えています。

△金属液滴蓄積プロセス

△特定形状の金属部品の印刷

複雑なノズル部品

現在市販されている金属溶接ワイヤは比較的低コストで広く使用されており、これらの材料を独自の技術で印刷することは一般的な基礎技術になる可能性があります。複数の液滴金属印刷ノズルをアレイ状に配置したり、1 つのノズルで異なる種類の材料をスプレーしたりできれば、応用範囲が広がります。現在、サポートされている材質は、いくつかの鋼（316、718）とアルミニウムなどの金属です。

Vaderの液滴金属3Dプリント技術は、脱脂と焼結の複雑なプロセスを回避し、コストも大幅に削減するため、ゼロックスは投資を継続的に増やすことを決定しました。ゼロックス社は、ジェット噴射技術の世界的リーダーであり、材料を正確な場所にジェット噴射することに優れているため、この技術の推進者として非常に適しています。詳しい紹介：https://www.nanjixiong.com/thread-139093-1-1.html

10. 省エネ金属3Dプリント技術<br /> ベルギーの付加製造スタートアップ企業 ValCUN は、エネルギー効率の高い新しい金属 3D プリンターを開発しました。