バインダージェッティング金属3Dプリント技術＋金属射出成形＝？

はじめに: 金属射出成形 (MIM) は金属部品の大量生産に強力な製造プロセスですが、近年ではバインダージェット金属 3D 印刷 (バインダージェッティング/3DP) もその独自の利点により魅力的な代替手段となっています。自然に互換性のあるこれら 2 つのテクノロジーの将来はどうなるのでしょうか。それらは共存するのでしょうか。それとも完全な交換でしょうか?分かりませんが、すでにこの探索の道に乗り出しており、新しい製造モデルを提供することが期待されている企業があります。

2002 年に設立された Smith Metal は、プラスチック製造業者 Plastic Products Company の出資によりミネソタ州で設立された、有名な金属射出成形 (MIM) サプライヤーです。 MIM とプラスチック成形技術には一定の類似点があるため、親会社の専門知識とリソースは会社の発展にとって貴重な利点となります。しかし、金属MIMと樹脂成形では対象とする材料が異なるため、異なる点も多く、現在では独自の製造装置を開発している。

△上の写真の部品は現在、金属射出成形技術によって大量生産されていますが、最初にバインダージェッティングで製造することで、顧客は設計を本格的な生産に移す自信を得ることができました△スミスメタルプロダクツには13台の金属射出成形機があります
MIM はバインダージェッティングを補完するプロセスであり、どちらのプロセスも金属粉末を原料として使用し、焼結プロセスを実行するため、Smith Metal Products がバインダージェッティング添加剤技術を使用しているのも不思議ではありません。現在、スミス社は従来の MIM 技術に加えて、金属付加製造 (AM) 機能を強化するバインダージェッティング技術も導入しています。
△世界の間接金属3Dプリントメーカーの概要

同社は、MIM事業の発展を推進するため、ExOne社のInnoventバインダージェッティングマシンの導入を開始したと報じられている。初期の成功と、新たに導入された付加製造技術の大きな可能性を合わせると、スミスは将来的にそれをさらに大きなレベルに引き上げることができるかもしれないことが分かります。

MIMとAMが相互に補完し合う仕組み

しかし、スミスメタルズは、3D プリントの導入を決定する前に何年もの間、新興技術を観察してきたにもかかわらず、自社が行った技術移行の一部については保守的な姿勢を保っています。バインダージェッティングと MIM の主な違いは、後者では基本的に大量のバッチが必要になることです。ゼネラルマネージャーのトッド・ジェンセン氏は、「バインダージェッティングを導入する前は、医療用トレイの注文を大量に断っていたため、ジャストインタイム生産能力の必要性を実感しました。金型生産に基づくMIM技術は、本質的には大量生産プロセスですが、3Dプリント技術は、本格生産前の小ロット試作段階では間違いなく優れた補助ソリューションです。」と述べています。

△スミス・メタル・プロダクツ社のゼネラルマネージャー、トッド・ジェンセン氏が、生産設備の1つでMIM部品を検査している。
一方、MIM はバインダージェッティング技術を補完します。スミス社はすでにMIM注文用に大量の金属粉末を購入しているため、その材料をバインダージェッティングにも適用することができ、他の3Dプリントユーザーよりもコスト効率に優れています。さらに、MIM 部品にすでに使用されている焼結炉は、バインダージェッティングでも同じ手順 (脱バインダーと焼結) を実行できます。冶金の専門知識も同じなので、MIM とバインダージェッティングを非常にうまく組み合わせることができます。

△スミス社の金属積層造形の専門家、エドワード・ジョーンリン氏は、ExOne 社のバインダージェッティングマシンを使用しています。
材料工学を最近卒業したエドワード・ジョーンリンは、この新しい能力の向上と習得を会社が支援するために採用されました。彼は、3D プリント部品と MIM 部品の収縮係数の違い (自重により、3D プリント部品は XY 方向と Z 方向で異なる割合で収縮します) や、焼結プロセス中に 3D プリント部品のさまざまな機能がどのように動作するかなど、バインダージェッティングの独自のプロセスを研究しています。

同時に、ジム・ベイヤーは 3D プリントされた部品のさまざまな動作の変化について学んでいました。 Smith Metals のアカウントマネージャーは、この機能をうまく活用して、複数のクライアントに金属射出成形サービスを提供することに成功しました。彼は何度も顧客に部品設計の金属 3D プリントプロトタイプを提供し、それが顧客の会社の設計および製造能力に対する自信を高めるのに役立っており、バインダージェッティングがここで大いに役立っていることは間違いありません。

しかし、ジム・ベイヤー氏は、同社にはまだ長い道のりが残っているとも語った。プロトタイプの設計に加え、同社は医療機器製造市場にも目を向けている。

△バインダージェッティングでは、バインダーを金属粉末に層状に吹き付けて金属部品を作り、その後焼結して完成させます。この機能は、単一のビルドで多数の部品を自由にネストできるため、大量生産に役立ちます。
医療機器市場への参入

スミスメタルはMIMとAMの両方の製造能力を備えているため、医療機器は重要な潜在的成長市場の1つです。具体的には、新しい医療機器の規制承認には、多くの場合、数百の初期試験部品の検証が必要であり、AM テクノロジーはこの量の需要を満たすことができます。さらに、AM 技術で製造された市販の製品は、部品設計にこの機能が必要であるため、MIM に置き換えられることはありません。同社がAMをサービスの一部にすることを発表して以来、この種の仕事の問い合わせが殺到し続けている。

△こちらは3Dプリントした部品（上）とその後MIMで製造した部品です。金型製作に着手する前に機能的な金属部品を顧客に提供できれば、この作業を生産に向けて進めることができます。
「日常的な部品の AM 大量生産はまだ先の話です」とジェンセン氏は言う。「この機能を中心に専用の品質管理システムを構築し、他のプロセスに影響を与えない方法で実行する必要があります」。さらに、同社はバインダージェッティング生産能力をさらに増強する必要があり、その投資は間もなく実施される予定だと述べた。

△部品の積層造形段階でも、いくつかの重要な詳細が変更される場合があります。図: MIM 部品 (左) の比率は 3D プリント部品の比率とは異なります。
技術ルート (焼結) が部分的に重複しているため、スミス社はバインダージェット成形部品のバッチを MIM 部品のキューに簡単に組み込むことができました。さらに、スミスメタル社はすでに十分な焼結設備を保有しているため、AM 導入に合わせて特別に設備を追加する必要はありません。

△焼結炉に入る部品では、スミスメタルの積層造形生産能力は、MIMとプラスチック成形のような感じになるのでしょうか、それともMIM作業とは全く違うのでしょうか？答えを出すには時間がかかります。結局のところ、3DプリンティングとMIMの将来の発展モードを予測することは困難ですが、スミスメタルの新しい破壊的な製造能力の開発と追求は確かに尊敬に値します。

中国における金属3DプリントとMIM

国内の専門的な3Dプリント展示会で、南極熊は多数のMIMメーカーを見てきましたが、そのうちのいくつかはすでに金属3Dプリント事業に参入しています。

Antarctic Bear は近年、中国の多くの金属 3D プリント工場を訪問した結果、そのうちのいくつかがすでに MIM 製造サービスを導入しており、企業内で 2 つの技術が相互に補完し合っていることを発見しました。

バインダージェッティング金属3Dプリント技術＋金属射出成形＝？

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