DESKTOP METALはバインダージェット3Dプリントに4140鋼を使用

この投稿は Spectacled Bear によって 2021-6-6 07:42 に最後に編集されました。

はじめに: 4140 鋼は、優れた靭性、高い引張強度、耐摩耗性、耐衝撃性を備え、最も広く使用されている低合金鋼の 1 つと考えられています。これは、ギア、ダウンホールツールコンポーネント、カップリング、スピンドル、ボルト、ナット、その他多くの機械部品など、自動車、石油、ガス、産業の幅広い用途で使用される主要な汎用および熱処理可能な鋼です。
アンタークティック・ベアは、大規模積層造形（AM）のリーダーであるデスクトップ・メタル（NYSE：DM）が、バインダー・ジェッティング・プラットフォーム生産システムに4140低合金鋼を使用し、シングル・パス・ジェッティング（SPJ）技術を使用して最終用途の4140部品を大量に3Dプリントしたことを2021年6月3日に発表したことを知りました。
△3Dプリント4140パワーステアリングジョイント
Desktop Metal の共同創設者兼 CTO である Jonah Myerberg 氏は、4140 は合金含有量が少なく、炭素管理要件が厳しく、発火エネルギーが低く、高度なバインダー化学、印刷と焼結の最適化、安全な処理雰囲気管理が必要なため、金属バインダージェッティング材料としては扱いが難しいと述べています。 Desktop Metal は、生産システムの速度により、バインダージェッティングで従来の製造強度と機械的特性を維持しながら、競争力のあるコストで複雑な 4140 部品を印刷できるようになることを期待しています。
△4140は広く使われている低合金鋼です。
4140 低合金鋼<br /> Desktop Metal によれば、同社の材料科学チームは、Desktop Metal が焼結した 4140 低合金鋼が、金属粉末工業連盟が制定した構造用粉末冶金部品の MPIF 35 規格を満たしていることを確認したとのことです。生産システムプラットフォームで印刷される 4140 部品は材料の無駄を最小限に抑え、従来の製造方法に比べて生産時間と部品コストを大幅に削減します。 Desktop Metal は、材料の性能を検証するために一連の部品を製造しました。

パワーステアリングジョイント：電動パワーステアリングモーターと自動車のステアリングシャフト間の動力伝達に使用されます。 P-50 は工具不要の生産を可能にし、納期を短縮し、わずか 2.45 ドル (約 15.67 人民元) で年間最大 120 万個を生産します。

ヘリンボーンギア: さまざまな産業機械の用途に使用できます。 P-50 は年間最大 200,000 個の部品を生産し、1 回のビルドで 120 個の部品をネスティングします。

リニア空気圧ピストン: 4140 ラックとピニオンを介して空気圧を回転運動に変換します。 P-50 は、1 立方センチメートルあたりわずか 0.28 ドルのコストで、年間最大 690,000 個の部品を生産できます。

レバー作動: 機械設計において、機械内のコンポーネントの位置を直線的に調整するためによく使用されます。

生産システム
バインダージェッティングとシングルパスジェッティング技術を組み合わせた Production System は、従来の粉末床溶融結合技術の 100 倍の速度で、より競争力の高い部品を大量生産できるように設計された産業用製造プラットフォームです。このプラットフォームは、プロセス開発と連続生産用の P-1 と、最終使用部品の大規模バッチ生産用の P-50 の 2 つのプリンターモデルで構成されています。生産システムは、デスクトップメタルのエンジニアリングバインダーとオープンマテリアルプラットフォームを組み合わせ、顧客が金属射出成形 (MIM) で使用されるものと同じ低コストの金属粉末を使用して高性能部品を製造できるようにします。不活性加工環境は、4140 低合金鋼やその他の高性能合金、さらにはアルミニウムやチタンなどの反応性金属を含む、幅広い材料と互換性があります。
△生産体制
現在、Production System プラットフォームの材料ライブラリには、17-4 PH ステンレス鋼、316L ステンレス鋼、および 4140 低合金鋼が含まれており、これらはすべて Desktop Metal 認定を受けています。このプラットフォームは、銀や金など、顧客の要件を満たすさまざまな素材もサポートしています。 Desktop Metal は、工具鋼、ステンレス鋼、耐熱合金、銅など、他の金属も製品ポートフォリオに追加する予定です。
バインダージェッティングの基礎<br /> 市販されているバインダージェッティングシステムのほとんどは、次のようなプロセスを使用しています。1. 新鮮な粉末がプリントベッドに堆積されます。これを実現するにはいくつかの方法があります。一部のプリンターでは、「ベッドツーベッド」と呼ばれる粉末計量方式が採用されています。つまり、粉末は供給ピストンから供給され、印刷ベッドの上部に押し出されます。あるいは、粉末を上から計量し、計量装置をベッド全体に移動させて粉末を分配することもできます。 2. 新しく堆積した粉末をベッド全体に均等に広げ、軽く圧縮します。振動ブレードと逆回転ドラムは、これを実現するための典型的な方法の 2 つの例です。 3. バインダーを粉末床に印刷します。接着剤は通常、インクジェット技術を使用してベッド上にパターン化されます。1 つまたは複数のインクジェットプリントヘッドがノズルの配列を形成し、接着剤が必要な場所に正確に液滴を噴射します。このステップでは、アレイはビルド領域全体で少なくとも 1 つの方向に移動します。インクジェットアレイがビルドボックスよりも短い場合、またはプリントヘッドのネイティブ解像度が目的の印刷解像度よりも低い場合は、印刷を完了するためにインクジェットノズルアレイを 2 次元で移動する必要があります。 4. 最後の（オプションの）手順は、湿った接着剤を含むプリントベッドを乾燥させるか、後処理することです。これらの手順は次のレイヤーに対して繰り返され、ビルドが完了するまでプロセスが繰り返されます。この方法はバインダージェッティングに典型的であり、各レイヤーの完了に 20 秒以上かかることがありますが、1 つの印刷ジョブを完了するには数千のレイヤーが必要になる場合があります。層が薄いほど、印刷時間は長くなります。 △シングルパス注入
シングルパスジェッティング
SPJ は、バインダージェッティングプロセスのすべてのステップを 1 つの統合ステップに組み合わせ、1 回の実行ですべてを同時に実行します。各層は約 3 秒で完了すると報告されており、印刷プロセスが大幅に高速化されます。
△P-50量産プリンターカーの概略図
P-50 は、さまざまなモジュールを連携させて印刷します。A. プリンターには、新鮮な粉末を入れるためのホッパーが 2 つ付いています。粉末は粉末処理ユニット (PPU) を介してホッパーに自動的に転送されます。 B. 粉末は、2 つの反対方向に回転するローラー間の正確な隙間を通ってホッパーからベッド上に制御されて堆積されます。 SPJ™ テクノロジーは、一定の波伝播 [SB1] 方式を使用して、圧縮ローラーの前に粉末の「波」を作成し、一貫したベッド密度を実現します (厳密な幾何学的公差と一貫性を実現するための重要な要件)。圧縮ローラーは計量ツールと連動して粉末を広げ、わずかに圧縮します。 C. 排出防止モジュール [SB2] は、新しく圧縮された粉末ベッドを処理して、印刷中に粒子を制御します。インクジェットプリントヘッドは毎秒8メートルの速度でインク滴を噴射します。粉体層に衝突すると、その運動エネルギーの一部が粉体層内の粒子に伝達されます。放置しておくと、粒子がインクジェットプリントヘッドに戻って飛び、時間が経つとノズルが詰まる可能性があります。防弾技術によりこの排出物が排除され、排出の信頼性が大幅に向上します。 D. 印刷モジュールには、1回のパスでベッド上の1200x1200dpiのピクセル位置すべてを配置できるインクジェット印刷アレイ[SB3]があります。 Desktop Metal は、高解像度と高スループットを実現するために、特に高性能な産業用インクジェットプリントヘッドを選択しました。生産システムは、ノズルの配列を通して粉末床を処理することにより、印刷速度の向上を実現します。さらに、アレイ全体では、各レイヤー間の移動にアンチユニオンテクノロジーが使用されています。アレイを直交方向にわずかに動かすことで、接着剤の塗布範囲が一定になるようにします。
△ シングルパスジェッティング生産システムプリントキャリッジのシングルパスジェッティングプリントヘッドの対称設計により、同じ手順を逆方向に実行できます。この双方向印刷機能により、生産性を最大限に高めることができます。 1 つのレイヤーが完了すると、ビルドプラットフォームはレイヤーの高さに基づいて下がり、すぐに次のレイヤーの印刷を開始します。 DesktopMetal のシングルパスジェッティングシステムは、すべてのバインダージェッティングステップを 1 つのキャリッジに統合し、動作ステップを削減して、印刷解像度や部品の品質を犠牲にすることなく、高速生産を実現します。
Desktop Metal のバインダージェット印刷技術<br /> 上記の技術を組み合わせると、印刷プロセス全体は一般的に次の 3 つのステップに分けられます。1. 印刷: 双方向シングルパスジェッティングを使用して、各層の印刷プロセスは、粉末の堆積、拡散、圧縮、弾道抑制、およびバインダージェッティングに分けられます。金属粉末とバインダーは、プリントされた部品と周囲の粉末でビルド全体が満たされるまで、層ごとに堆積されます。
△ 印刷
2. ピンの取り外し: ビルドが完了したら、ビルドボックスを取り外し、次のビルド用の新しいボックスに交換します。完成したビルドボックスは、粉末除去ステーションに移動され、そこで粉末が除去され、部品が焼結される準備が整います。
△粉体除去
3. 焼結: 粉末を取り除いた部品は工業炉に投入され、融点近くまで加熱されます。残ったバインダーが除去され、金属粒子が融合して部品の密度が高まります。
△ 焼結
デスクトップメタルの進化 同社の最近の動きを見ると、Desktop Metal はさまざまな企業を買収することで、製品ポートフォリオと 3D プリントの方向性を意識的に拡大していることがわかります。例えば、同社はEnvisionTECとAdaptive3Dを買収して弾性材料の3Dプリントを推進し、Forustを買収して木材3Dプリントを開始し、EnvisionTECの3Dバイオプロッターなどの技術を使用してバイオメディカル3DプリントDesktop Healthを開始し、SLM Solutionの買収にも関心を持っているようです。
△生産体制
それにもかかわらず、同社は金属 3D プリントの分野で非常に積極的に活動し続けています。 2021 年 3 月、Desktop Metal と Uniformity Labs は、バインダージェッティング 3D プリントアルミニウム技術において画期的な進歩を達成しました。 4月、Desktop Metalは316Lステンレス鋼部品の大量バインダージェット3Dプリントを開始しました。現在推進中の4140低合金鋼は、同社の材料プラットフォームに新たな可能性を加えており、今後の展開が楽しみです。

参照: 1. デスクトップメタル、生産システムによる最終用途部品の大量積層造形に 4140 低合金鋼を認定 2. 生産システム™
3. シングルパスジェッティング™とは何ですか?
4. バインダージェッティングの理由
5. デスクトップメタルが新たな金属を大量積層造形に適格化
6. ビッグニュース：デスクトップメタルがドイツの光硬化3Dプリンター大手エンビジョンテックを3億ドルで買収、M&Aドラマがスタート
7. デスクトップメタルがデスクトップヘルスバイオメディカル3Dプリント事業を開始
8. ドイツの金属3DプリンターメーカーSLMの買収提案額は6億ユーロ？デスクトップメタルが人気上昇中
9. デスクトップメタルが木材3Dプリント技術Forustを発表
10. 弾性 3D プリントを強化します。 DesktopMetal が Adaptive3D を買収
11. デスクトップメタル、バインダージェット3Dプリント316Lステンレス鋼部品の量産を開始
12. デスクトップメタルとユニフォーミティラボがバインダージェット3Dプリントアルミニウム技術を発明