Azul 3Dが初の大型高速ステレオリソグラフィー3Dプリンター「LAKE」を発売

はじめに：3Dプリント高速光硬化は市場でますます人気が高まっているようです。CarbonやNexa3Dなどの業界をリードする企業に加えて、新しい企業も登場しており、そのほとんどは多額の資金を獲得し、世界中の投資家から支持されています。
△HARP3D 印刷プロセスビデオ Antarctic Bear は、大手 3D 印刷スタートアップ企業である Azul3D が、大型の感光性ポリマー部品を非常に迅速に製造できる LAKE プリンターという初の商用製品を発売したことを知りました。このマシンは、Large Area Rapid Printing (HARP) テクノロジーを採用した DLP システムを採用しており、大きな造形体積と高速印刷速度を組み合わせることで、「比類のないスループット」を実現します。 Azul 3Dによれば、この新登場のマシンは同等の工業用樹脂プリンターの2,000倍の生産能力があるという。さらに、この技術は、ゴム樹脂、高温セラミック樹脂、フレキシブル樹脂、加工可能樹脂など、さまざまな 3D プリント材料に対応しています。
△アズール3D
LAKE プリンターは、Azul 3D が発売を計画しているプリンターシリーズの最初の製品です。さらに、SEA と呼ばれる次世代マシンは、印刷領域が 4 倍になり、メーカーはより大きな部品や製品を印刷できるようになります。現在、Azul 3D では LAKE の注文を積極的に受け付けており、納品は 2022 年を予定しています。 SEA は 2022 年第 4 四半期に先行販売が開始される予定です。「初めて、私たちはスループットと材料を、3D プリントがさまざまな製造方法に革命を起こす価格帯で組み合わせました」と、Azul 3D の共同創設者兼会長のチャド・ミルキン氏は語ります。「私たちは業界の水準を引き上げましたが、これはまだ始まりにすぎません。」
△LAKE建設室内の様子。写真提供：Azul 3D。
高速光硬化3DプリンターLAKE
LAKE の最も注目すべき機能の 1 つは、254 x 305 x 610 mm という大判の造形ボリュームです。このプリンターには、熱を効果的に放散する専用の DLP インターフェイスが装備されており、システムを長時間にわたって高速印刷で稼働させることができます。このシステムは、解像度 72 ミクロンの高輝度 LED ライトエンジンも備えており、約 1,600 万個の個別ピクセルをカバーします。解像度を上げるために他のプロジェクターで使用される「ピクセルシフト」テクノロジは必要ありません。
△LAKE プリンターは、Azul 3D 大面積高速印刷 (HARP) テクノロジーによってサポートされています。LAKE は独自の材料を使用して複雑な形状を迅速に印刷し、紫外線によって液体プラスチックを固体に変換できます。その他の機能としては、周囲の紫外線を遮断しながらビルドチャンバー内を見ることができる透明な UV カバーや、前面にある大型のフルカラータッチスクリーンインターフェイスなどがあります。
△Azul 3Dの共同創設者であるジェームズ・ヘドリック氏（左）とデビッド・ウォーカー氏。（写真：ビジネスワイヤ）
Azul 3DのCEO、コーディ・ピーターセン氏は、製造業者は過去1年間、サプライチェーンの混乱の影響を受けていると述べた。同時に、誰もがより高度にエンジニアリングされたソリューションをすぐに求めています。 LAKE プリンターは、これら両方の問題に対する革新的なソリューションを提供し、大規模な積層造形の産業化に向けた第一歩となります。
スタートアップAzul 3Dの開発
Azul 3D は、材料科学とナノサイエンスの分野で国際的に有名な専門家である Mirkin 氏のノースウェスタン大学研究所から生まれた企業です。高面積高速印刷（HARP）3D印刷技術もここで発明されました。同社は現在までに、設計、材料選択、3Dプリント、後処理を含む「フルスタックソリューション」を含む3Dプリント関連サービスを提供している。
△工場作業場のLAKE 3Dプリンターのレンダリング。画像提供：Azul 3D。
2020年、Azul 3Dは世界中の投資家から支持され、第2、第3ラウンドのシードラウンドの資金調達を完了し、総資金調達額は2,000万米ドル（約1億3,700万人民元）を超えました。調達した資金は、Azul 3D による新しいマシンや関連製品の発売にも大きな役割を果たしました。同社の最初の商用製品のデビューは、すべての HARP 樹脂を設計している Azul 3D Chemistry Group の支援を受けて行われました。これらの材料を LAKE と組み合わせることで、さまざまな産業および消費者向けアプリケーションが可能になります。
△3Dプリントされたピックルボールラケット。写真提供：Azul 3D。
COVID-19 パンデミックの間、LAKE プリンターは 60 時間で医療従事者用のマスク 5,000 枚を印刷することができました。これは、プリンター 1 台あたり 6 分ごとに約 8 枚のマスクを生産することに相当します。 Azul 3D は最近、スポーツ用品会社 Wilson Sporting Goods とも提携しました。両社は協力して、2021年9月10日に2つの新しい3Dプリントピックルボールパドルをリリースしました。これらのラケットは完全にカスタマイズできるように設計されており、デッドスポットの除去、衝撃の増大、より静かなショットなどのより高度な機能が統合されています。
HARPテクノロジー 高面積高速印刷（HARP）技術はもともと米国のノースウェスタン大学で開発され、2019年末にサイエンス誌に掲載されました。 Azul 3D は Carbon の開発経緯と同様に、トップジャーナルに技術論文を発表した後も資金調達と商品化を進め、現在まで発展を続けています。
△ノースウェスタン大学のサイエンス誌の記事。通常、ステレオリソグラフィー（SLA）技術で使用される光硬化性液体樹脂は、レーザー、プロジェクター、またはLEDスクリーンからの紫外線を使用して硬化されます。熱溶解積層法 (FDM) と比較すると、SLA プリンターは FDM 製品特有の堆積線がなく、より細かいディテールを印刷できます。ただし、SLA にはいくつかの欠点があります。現在のステレオリソグラフィー 3D 印刷技術の速度を制限する主な要因は熱です。光反応性重合は発熱性の高いプロセスであり、プリンターは高速で稼働すると大量の熱を発生する可能性があり、表面温度が危険なほど高くなるだけでなく、印刷された部品のひび割れや変形を引き起こす可能性もあります。速度が速いほど、プリンターが発する熱が多くなります。大型で高速なマシンは大量の熱を発生する可能性があります。
△HARP技術は、フッ素化エチレンプロピレン（FEP）フィルムを使用することで、硬化した光硬化性液体樹脂がLEDスクリーンに付着するのを防ぎます。ただし、印刷物の各層を FEP から機械的に除去する必要があり、これにより吸引力が生じ、モデルが印刷ベッドから分離することになります。プリントベッドのリフト速度を遅くすると、吸引効果は低下しますが、印刷時間が大幅に長くなります。いくつかの新しい技術では、ガス状酸素を使用して印刷物と樹脂タンクの底の間にデッド層を作成し、従来の FEP システムで発生していた吸引の問題を排除します。これにより、印刷時間は短縮されますが、熱の蓄積が増加します。気体酸素は実際には断熱材として機能し、熱を閉じ込め、最終的には印刷サイズと速度を大幅に制限します。
△ HARP技術3Dプリントプロセスノースウェスタン大学のチームは、流動する非混和性のフッ素化油床を使用した場合の熱蓄積問題に対する解決策を見つけ、液体テフロンに似た非粘着性液体を使用することで問題を回避しました。 HARP は窓を通して光を投射し、垂直に動くビルドプラテン上の樹脂を硬化させます。液体 PTFE はインターフェース上を流れ、熱を除去し、その後冷却ユニットを通って循環します。雨の日に車が滑る効果と同様に、流れるオイルが樹脂と UV 光源の間にあるため、印刷プロセス中に Z 軸方向を上下に動かして付着物を除去する必要がありません。これにより、非接着印刷と連続液体表面印刷（カーボン印刷技術と同じ原理）が高速化され、これも 100 倍高速になります。同時に、オイルは断熱材として機能しません。流動性により熱交換サイクルが可能となり、冷却方法となります。
△Azul 3Dは、大判・高速印刷技術に加え、ゴムのような材質、加工性、柔軟性、耐高温性などのさまざまな特性を備えた一連の樹脂材料も開発しています。
HARP アプローチには他にも利点があります。オイルは、印刷前にプリントベッドを加熱するために使用され、また、紫外線を散乱させて印刷の鮮明度を低下させる粒子を除去するためにも使用されます。さらに、ガス状酸素からフッ素化オイルへの切り替えにより、HARP システムを使用して、通常は酸素に反応しにくい樹脂を印刷できるようになります。 HARP は垂直印刷を採用しており、紫外線を使用して液体樹脂を硬化プラスチックに固め、硬くて弾力性のある製品やセラミックも印刷できます。他の 3D 印刷技術に共通する層状構造とは対照的に、これらの連続印刷部品は優れた機械的特性を備えており、自動車、航空機、歯科、矯正器具、ファッションなどの部品として使用できます。

参考文献: 1. 高速光硬化3DプリントはCarbonに匹敵、Azul 3Dはシード資金として800万ドルを獲得
2. 大型高速3DプリントHARP技術にさらに8,600万ドルの投資、Azulは来年出荷予定
3. Azul 3Dが新しいLAKEプリンターを発売
4. Azul 3DとWilson Sporting Goodsが3Dプリントのピックルボールパドルを開発
5. 高速・大型・光硬化型3Dプリント技術がScienceに掲載。HARPはCarbon3Dを超えるか？
6. AZUL 3DのHARP – 新しい3Dプリント技術
7. モバイル液体インターフェースを使用した高速、大容量、熱制御3Dプリント

Azul 3Dが初の大型高速ステレオリソグラフィー3Dプリンター「LAKE」を発売

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