送り速度は毎分500メートルにも達します！ ILTとポンティコンが超高速レーザー堆積3Dプリントの進歩に向けて提携

はじめに：2021年10月28日、Antarctic Bearは、フラウンホーファーレーザー技術研究所（ILT）とドイツを拠点とするエンジニアリング会社Ponticonが、ILTの特許取得済み超高速レーザー材料堆積（EHLA）3D印刷技術の最新バージョンの発売を目指す一連の新しい研究プロジェクトで協力していることを知りました。
EHLA テクノロジーはもともと、2017 年に ILT による大容量の指向性エネルギー堆積 (DED) の試みとして開発されました。当初は、ガントリーやロボットアームに統合して材料の堆積と溶解の両方の作業を実行できるモジュール式のツールヘッドとして提供されます。
EHLAが2017年に設立されて以来、両社は積層造形アプリケーションに適した次世代バージョンの技術の開発に取り組んでおり、2019年に「EHLA 3D」と呼ばれる最初のプロトタイプを完成させました。このバージョンアップグレードにより、構築速度が向上し、柔軟性と材料の多様性が向上し、精度が向上します。
「EHLA 3D の利点を産業環境の多数のユーザーに提供するために、現在、Fraunhofer ILT でターゲットを絞った研究作業が行われています」と Fraunhofer ILT の研究員 Jonathan Schaible 氏は言います。「実験的および実証的な予備作業はまだたくさん残っていますが、業界からの最初の関心のある団体はすでに大きな関心を示しています。したがって、私たちは正しい方向に進んでいると確信しています。」
△ Fraunhofer ILT の文字は、新しい高収率 EHLA 3D プロセスのデモンストレーション部品として、3 つの異なる粉末材料を使用して 3D プリントされました。写真提供：Fraunhofer ILT。
超高速レーザー材料堆積<br /> 航空宇宙、エネルギー、自動車などの産業の用途で使用される金属部品は、多くの場合、過酷な条件にさらされます。そのため、エンジニアはこれらのコンポーネントを腐食や摩耗から保護するために特殊なコーティングを使用します。しかし、ILT は、硬質クロムメッキなどの従来のコーティングプロセスは、柔軟性、リソース効率、コストの不足により、ますます厳しくなるパフォーマンス基準を満たすのにすでに苦労していると考えています。
Fraunhofer ILT は、EHLA テクノロジーを従来の溶接オーバーレイプロセスよりも効率的で環境に優しい代替技術であると説明しています。このプロセスでは、最大毎分 500 メートルの送り速度を達成でき、これは他のレーザー材料堆積技術よりも 250 倍高速です。また、25 ミクロンまでのより薄い層構造にも適用でき、より滑らかな部品表面を実現します。
Schaible 氏は次のように付け加えています。「原理的には、EHLA は回転対称で、高速回転運動システムで加工できるあらゆるものに適します。唯一の疑問は、考えられる用途がはるかに広範囲にわたるのに、なぜ単純な円形部品に限定する必要があるのかということです。」
EHLA を 3D 化する<br /> 次世代の EHLA 3D プロセスは、よりハードコアな 3D 印刷に重点を置いていますが、クラッディング技術としても依然として使用されています。この印刷システムはロボットアームと統合するようには設計されておらず、3D プリントされた部品が処理されるビルドプラットフォームに 3 つのリニアモーターが接続された三脚の運動学に基づいています。この構造により、プラットフォームは大きな振動を起こすことなく高速かつ正確な動きを実現できます。
現在、EHLA 3D は、最大 25 kg の部品を毎分約 200 メートルの速度で、100 ミクロンの非常に高い精度で処理できます。 Fraunhofer ILT は、プロセス監視設計、自動経路計画ツール、ビルドパラメータの改良にさらなる研究投資を行う予定です。
現在、航空宇宙およびターボ機械分野の複数の企業も、国際ターボ機械製造センター (ICTM) のプロジェクトの一環として、EHLA 3D の改良に取り組んでいます。関連するフォローアッププロジェクトは2022年に開始される予定であり、さらに二国間および公的資金によるプロジェクトも進行中です。
「近い将来、この技術により、複雑なフィラメント構造を簡単かつコスト効率よく大規模に生産できるようになり、パーソナライズされたコンポーネントも実現可能になるだろう」とシャイブル氏は言う。
△三脚の動作: 固定された粉末供給ノズルと可動式ビルドプラットフォームにより、高速かつ正確な供給動作を実行できます。写真提供：Fraunhofer ILT。
EHLA は、フラウンホーファー研究所によって開発された唯一の付加製造プロセスではありません。フラウンホーファー生産技術研究所（IPT）の研究者らは、ドライブシャフトなどの回転動力伝達装置の製造に特化した新たな3Dプリントプロセスも開発しました。 Express Wire Coil Cladding (EW2C) と名付けられたこの方法は、一般的に使用されている減法旋削プロセスのより効率的な材料代替として設計されています。
一方、フラウンホーファーセラミック技術・システム研究所（IKTS）では、研究者らが、複数の材料を組み合わせて単一の3Dプリント部品を作成するように設計されたマルチマテリアルジェッティング（MMJ）システムを開発しました。この機械はバインダージェッティング技術に基づいており、金属やセラミックに対応しています。

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