新技術: MetShape リソグラフィー金属 3D プリント (LMM)

概要：ドイツのMetShapeは2021年6月、積層造形分野の大手ベンチャーキャピタリストであるAM Venturesからシード資金を獲得し、これにより同社は新しい設備の生産、マーケティングおよび販売施策の拡大、さらに従業員数の増加が可能になります。同社の主要技術は、リソグラフィー金属製造（LMM）と呼ばれる3Dプリント金属製造技術です。それでは、Antarctic Bearがこの技術について説明しましょう。
△MetShape社のLMM 3Dプリント技術を使用して3Dプリントされた高精度ギア。画像提供：AM Ventures
リソグラフィー金属製造（LMM）は、高精度金属部品の間接的な積層製造プロセスであると報告されています。 MetShape は、プロセスチェーン全体と生成される材料特性が金属射出成形 (MIM) 部品のそれに匹敵すると主張しています。製造プロセスの前半は光硬化技術と非常に似ています。マスク露光により、金属粉末と感光性ポリマー接着剤の混合原料が層ごとに重合され、3次元の胚部分が層ごとに生成されます。プロセスの後半はバインダージェッティング技術に似ており、グリーンボディを炉に移して焼結し、ポリマーバインダーを除去してコンポーネントを収縮させ、高密度コンポーネントを形成します。
△LMMの技術プロセスステップ
2段階方式<br /> プロセスの第一段階では、光重合の原理を利用して高精度のグリーン部品が製造されます。出発材料には金属粉末とフォトポリマーバインダーの組み合わせが使用され、粉末層は熱いドクターブレードを使用して積層されました。このプロセスでは、投影露光にデジタル光処理 (DLP) を使用し、表面全体を正確かつ迅速に露光できます。感光性接着剤が部分的に重合し、金属粉末を結合します。構築プラットフォームが徐々に下がっていくと、3次元の胚のパーツの層が生成されます。
△投影露光工程の第２段階では、グリーン体を第１段階から焼結炉へ移送する。ポリマーバインダーは熱により除去され、完全に金属化されたグリーンボディは最終密度まで焼結され、高密度の部品が形成されます。
△生胚部分（左）、完成部分（右）
技術的特徴<br /> LMM技術は高精度に製造できるため、小型・超小型金属部品の製造に特に適しています。 MetShape によれば、層の厚さは 50 μm まで薄くでき、最小壁厚は約 0.1 mm、最小直径 100 μm の微細孔が可能になるという。また、原材料のサポート能力により、構築スペース全体にわたってコンポーネントの 3 次元配置を実現できるため、印刷プロセスではサポート構造は必要ありません。これにより、ビルドルームの使用が最適化され、高いコスト効率が実現されます。
△技術工程図 LMMはサポート構造を必要としないため、時間のかかるやり直しが不要です。コンポーネントは、手作業による介入なしに、単純な低温脱型プロセスで取り外すことができるグリーンボディを含む未加工のブロックとしてビルドスペースから取り出されます。
△焼結工程
LMMの技術的利点

溶接不可能な材料（硬質金属など）を含む幅広い材料
熱ストレスがなく、高精度、高解像度
非常に優れた機械的特性を持つ製造部品
印刷プロセスではサポート構造が不要で、張り出した部品の製造が可能
モデルを印刷スペース内に3次元的に配置して、スペースの利用を最適化できます。

△オランダADMATEC社のADMAFFLEX技術
金属3Dプリント技術<br /> 金属製品は工業製造業の主力です。このため、金属部品用の 3D プリント技術が数多く発明されてきました。 Antarctic Bear はかつて 17 種類の金属 3D プリント技術を導入しました。今回紹介したLMM技術もこの17種類の製造工程の中にあり、DLPメタルプリントに属します。金属粉末をフォトポリマー樹脂と混合し、3Dプリントした部品は脱脂と焼結の工程を経る必要があります。
△MetShapeの他に、オランダのADMATEC社のADMAFFLEX技術とフランスのProdways社のDLP MOVINGLight技術という、同様のプロセスを提供する企業が2社あります。さらに、SLMのサポートフリー金属3D技術Free Float、Seuratの金属エリア3Dプリント技術、Freemeltの電子ビーム金属3Dプリント技術ProHeatなど、多くの金属3D技術が最近非常に活発になっています。

メットシェイプ
△MetShape チーム、左から右へ：エドガー・キントップ、アンドレアス・バウム博士、マキシミリアン・マンゲナスト、キアラ・アームブラスター。写真提供：AMベンチャーズ
Antarctic Bear は、MetShape が南西部の都市プフォルツハイムに本社を置いていることを知りました。同社の事業は独自の LMM プロセスを中心に展開されており、コンサルティングやオンデマンドの生産サービスを提供しています。この技術は非常に新しいため、同社が現在提供しているサービスのほとんどはコンサルティングの形をとっており、これには材料の特定、設計の最適化、特定のアプリケーション向けのパラメータセットの開発が含まれます。
実際には、MetShape の「LMM」テクノロジーは、主に間接的な 2 段階のプロセスです。このプロセスでは、バインダーと混合された金属原料が光重合されて架橋部品となり、その後焼結されて熱剥離が実現されます。 MetShape によれば、この方法では、金属射出成形 (MIM) の部品と同等の品質で、複雑なオーバーハングを持つ高解像度の部品を製造できるという。
Antarctic Bearによれば、この光重合成形法はセラミック印刷ではすでに一般的だが、実際に金属材料に適用した研究はほとんどないという。これは主に、金属材料の密度と光の屈折率がセラミック材料のものと大きく異なるためであり、これも金属材料の光重合をより困難にします。 MetShape 社は、2 段階の LMM テクノロジーにより、高精度の詳細な金属部品を 3D プリントできると述べています。したがって、この技術は非常に画期的な意義があり、私たちもこの技術についてさらに学びたいと考えています。
MetShapeは2019年にプフォルツハイム大学から独立して以来、当初はバーデン・ヴュルテンベルク州からの資金援助を受けて特定のアプリケーションを開発してきました。彼らは現在、Incus GmbH およびプフォルツハイム大学と協力してプロセスの開発を継続し、テクノロジーの最前線に留まりたいと希望しています。
参考文献: 1. Metshape が Lithography Metal Manufacturing (LMM) 3D 印刷技術を発表し、Am Ventures から支援を受ける
2. AMベンチャーからのシード資金
3. リソグラフィーベースの金属製造（LMM）技術
4. リソグラフィーベースの金属製造
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