シグマ・ラボとマテリアライズが金属3Dプリントにおけるリアルタイムのエラー修正を可能にする新しいプラットフォームを開発

はじめに：金属 3D プリント部品の成形には複雑な物理的冶金プロセスが必要であり、現在の技術的手段では処理技術の再現性と品質の一貫性を確保することが困難であるため、レーザー積層造形の広範な応用、特に航空宇宙分野における高付加価値部品の大量生産が大きく制限されています。したがって、効果的で信頼性の高い品質保証とプロセス監視は、積層造形ユーザーにとって最も重要かつ緊急のニーズです。

2022年1月27日、アンタークティックベアは、品質保証ソフトウェア開発のSigma Labsと3DプリントサービスプロバイダーのMaterialiseが協力し、金属積層造形プロセス中にリアルタイムでエラーを修正できる技術を開発したことを知りました。
この技術は、Sigma Labs の PrintRite3D システムと Materialise の制御プラットフォームを効果的に組み合わせたもので、合金粉末を融合する際に生じる問題をユーザーが特定して解決できるという点でユニークです。マテリアライズ社は、この新しいプラットフォームを金属 3D プリントにおける画期的な進歩と呼び、これによりユーザーはワークフローの一貫性と拡張性を高めることができるとしている。
マテリアライズの CTO、バート・ファン・デル・シューレン氏は次のように説明しています。「このプラットフォームはオープンで柔軟性があり、メーカーは個々のアプリケーションに合わせて特定のプロセスを制御できます。これにより、顧客は専門知識を最大限に活用し、AM が提供するカスタマイズとローカリゼーションを真に活用できます。当社が開発したプラットフォームは、金属積層造形を連続生産に使用するメーカーにとって最も一般的な障害の 1 つを取り除きます。」
△新しいプラットフォームは、基本的に、Materialise の制御プラットフォームと Sigma Laboratory の PrintRite3D システムを組み合わせたものです。画像はMaterialiseより。
Sigma Labs の QA 専門知識<br /> Materialise はソフトウェア、製造、コンサルティングに関心を持っていますが、Sigma Labs は製造における品質保証のみに重点を置いています。同社は主力製品である PrintRite3D を通じて、リアルタイムデータを使用して部品の欠陥を見つけ、機械学習を導入してその根本原因をマッピングするソフトウェアとハードウェアの追跡モジュールで構成されるソリューションを販売しています。
PrintRite3D システムはプラットフォームに依存しないように設計されており、既存のマシンに後付けでインストールすることも、プリンターメーカーの工場オプションとしてインストールすることもできます。しかし、この主力製品には幅広い互換性と部品の欠陥分析のメリットがあるにもかかわらず、Sigma Labs の利益は依然として低いままであるため、同社は新しい採用者と、より広範な 3D 印刷市場にマッチする方法を求め続けています。
例えば、同社は昨年3月にロッキード・マーティン社から契約を獲得し、その技術はさまざまな防衛・民間宇宙プロジェクトへの応用が評価されました。研究開発では、PrintRite3D をポリマーと互換性のあるものにし、システムの用途を効果的に拡大しました。
現在、シグマ・ラボとマテリアライズによる新しいプラットフォームの発表を受けて、同社のCEOマーク・ルポート氏は、両社は今後も協力を続け、金属3Dプリントの拡張性と魅力を拡大していく可能性があると述べた。
ルポート氏はさらに、「マテリアライズの制御プラットフォームとシグマのリアルタイム溶融プール監視および分析ソフトウェアの組み合わせが、AM 業界に大きな進歩をもたらしたと考えています。今後数年間でさらに多くの企業が生産に移行するにつれて、3D 金属印刷の品質と一貫性を継続的に向上させる方法を見つけ、協力する機会を楽しみにしています。」と述べました。
△ロッキード・マーティンの宇宙商業衛星。シグマ・ラボは2021年3月にロッキード・マーティンからPrintRite3Dプラットフォームの契約を獲得した。画像提供：ロッキード・マーティン。
金属 3D プリントのブレークスルー<br /> 新しい監視システムを作成するために、Sigma Labs と Materialise は、それぞれの PrintRite3D ソフトウェアと制御プラットフォームのハードウェア技術を組み合わせました。後者の主なコンポーネントは、基本的に、印刷パラメータをより詳細に制御する手段としてユーザーがレーザーベースのマシンに埋め込むことができるプラグインです。
このテクノロジーにより、導入者は定期的に 250 を超える設定にアクセスして理想的な生産設定を決定でき、最大 16 個のレーザーのマルチ光学システムで動作するように設計されます。マテリアライズのプラットフォームは、すべての PBF および SLM システムと互換性があると言われており、ユーザーが製造効率を最大化できるように設計された自動キャリブレーションツール API も含まれています。
このプラットフォームと Sigma Labs の PrintRite3D テクノロジーを組み合わせることで、両社は潜在的な品質問題を正確に特定し、印刷物が修復不可能なほど損傷する前に介入して修正する方法を開発しました。マテリアライズ社によると、そうすることで両社は金属3Dプリントの生産性と効率性を高め、導入者が量産にスケールアップできるようにする方法を見つけ出したという。
さらに、同社は、この新しいプラットフォームは、特に新しいマシンにインストールしたり、既存のシステムの印刷品質を向上させるために使用したりできることを考えると、金属 3D 印刷を多くの従来の技術よりも高価にする可能性のある、製造後の検査と品質保証のニーズにも対処できる可能性があると考えています。
△研究者のチェイス・ジョスリン氏は、ORNL が開発した「Peregrine」3D プリント監視ソフトウェアを使用しています。写真はルーク・サイム/ORNLによる。
リアルタイム金属印刷モニタリング<br /> 過去数年間に、リアルタイムの金属 3D 印刷監視ソリューションがいくつか開発されましたが、これらは主に実験段階のままであり、商業的な環境では適用されていません。昨年末、ローレンス・リバモア国立研究所のチームは、金属噴射プロセスを最適化するための新しい高速カメラベースのアプローチを考案しました。
粉末ベースのシステムの監視に関しては、オークリッジ国立研究所の研究者らは AI ベースのリアルタイム追跡ソフトウェアも開発しました。「Peregrine」と呼ばれるこのアルゴリズムは、製造工程中に部品の品質を評価するように設計されており、高価な実験室特性評価装置に代わる、潜在的に費用対効果の高い代替手段として機能する。
これに先立ち、同様の技術は軍からも支援を受けており、テキサス大学エルパソ校の金属3Dプリントプロジェクトは米陸軍研究所から資金提供を受けており、さらに最近では、Senvolの機械学習ソフトウェアが米国国防総省から新たな投資を受け、「ML」プラットフォームの積層造形材料およびプロセス認定機能を拡張している。

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