CIとオークリッジ国立研究所が共同で、マルチマテリアル3Dプリント向けBAAMシステムのアップグレード版を発表

2021年5月15日、アンタークティックベアは、オークリッジ国立研究所（ORNL）の長年のパートナーであり、工作機械と3Dプリント技術の開発者であるシンシナティ社（CI）が、超大型のマルチマテリアル部品の3Dプリントに成功したことを知りました。同社は、これがこれまでで最大の単一マルチマテリアル部品の1つであると考えています。
CIのパートナーは、大規模積層造形 (BAAM) システムのアップグレード版を使用して、リサイクルされた複合材料のみを使用して大規模な部品を 3D プリントできることを実証しました。 CI は過去数年間、ORNL と協力して BAAM を継続的に開発しており、最新の改良では、2 種類の材料の供給を可能にする新しい押出機設計を導入しています。
「この特定の研究の目標は、印刷中に人間の介入を必要とせずに、長さ 10 フィート以上でリサイクル可能な材料を含む、遷移セクションを含む複数の材料の複合ツールの印刷を実証することでした」と、CI の付加製造製品マネージャーである Alex Riestenberg 氏は説明します。
△大型BAAM3Dプリンター。写真提供：CI

マルチマテリアル3Dプリントの利点
実証プロジェクトのために選ばれたプロトタイプ部品は、ニューヨークの高層ビルの商業用窓パネルを製造するために使用されるコンクリート鋳造ツールです。 3Dプリントされた型の重さは約181キログラム、長さは3.3メートルを超える。合計印刷時間は 7 時間で、部品に使用された 2 つの複合材料は、完全にリサイクル可能な CF/ABS と標準の CF/ABS プラスチックおよび ABS 複合フォームでした。両社は、複数の材料を組み合わせたセットアップを使用することで、導電性回路をコンポーネントに組み込み、スマートな構造を実現できることを発見しました。 2 つの材料を使用することで、コア構造の軽量化、サポートの取り外しの容易化、局所的な補強、さまざまな色の使用による美的自由度の向上も実現します。
「この研究は、1つの構造に複数の材料を使用することで、新しい機械的応答と多機能性を実現できることを示している」とORNLの材料科学者、ヴィディヤ・キショア氏は付け加えた。「これには、カスタマイズされた機械的特性を持つ軽量構造、部品内の柔らかい部分と硬い部分、耐衝撃構造などが含まれる。」
△ 3Dプリントされた金型の重量は約181キログラム。写真提供：CI
BAAMによる大型部品生産
このプロジェクトの成功の鍵は、BAAM システムの大規模な部品生産能力にあります。この 3D プリンターは ORNL と共同で開発され、当初は大型の単一材料部品の研究に使用されました。最新バージョンへのアップグレードにより、BAAM には大型のデュアルマテリアル熱可塑性押し出しシステムが搭載され、パートナーは 1 台の押し出し機のみを使用して 2 つの異なる材料を同時に印刷できるようになりました。
「印刷プロセス中に、押出機の供給ポートの上で 2 つの材料ノズルを前後にスライドさせることにより、押出機に供給される材料の供給源を特定の時間にすばやく切り替えることができます」とRiestenberg 氏は説明します。「このシステムには、マシンフレームの外側に材料ミキサーも含まれており、特定の量のさまざまな材料とフィラーをオンザフライで混合して、特定のカスタム材料グレードを実現できます。」
材料供給切り替え機構と材料ミキサーを組み合わせることで、BAAM ユーザーは 1 回のビルドプロセスで複数の複合材料の組み合わせを使用して印刷できるようになります。 CI によれば、BAAM の最新バージョンは、この機能を備えた唯一の商用 3D プリンターと言われており、他のマルチマテリアル印刷プラットフォームとは大きく異なります。
△ 3.3メートルの金型を3Dプリント中。写真提供：CI
CI の 181kg の 3D プリント鋳造金型のようなプロジェクトの完成は、超大型 3D プリントがどれだけ進歩したかを示しています。今年初め、製造システムサプライヤーのインガソル・マシン・ツールズは航空宇宙企業のベルと提携し、ヘリコプターのローターを製造するための22フィートの長さの真空トリミングツールを3Dプリントした。この部品には、20% のチョップドカーボンファイバーを充填した 520kg の ABS が必要で、印刷開始から終了まで約 75 時間を要しました。
防衛などの他の分野では、AST ROは最近、地上車両の製造用の超大型金属3Dプリンターの開発に重点を置いた米国陸軍の新しい取り組みを調整する企業に選ばれました。このシステムは、ジョイントレスハルプロジェクトの一環として、戦車やハンビー用の一体型装甲車体（シャーシ）を3Dプリントするために使用されます。
中国では、北京航空航天大学の王華明院士が大型部品の3Dプリント分野で徹底的な研究を行っており、同氏が主宰した「チタン合金の大型複雑一体部品のレーザー立体成形技術」プロジェクトは、Y-20やJ-15など国産の大型航空機や新型戦闘機に重要な大型荷重支持部品を提供し、レーザーによる大型で複雑な金属部品の直接製造において革新的な突破口を開き、わが国は世界で唯一、航空機チタン合金の大型主要荷重支持構造部品のレーザー急速成形技術を突破し、設置と応用を実現した国となった。同時に、この技術はわが国におけるこの分野の空白を埋め、西側先進国の長期にわたる封鎖を打ち破り、わが国の金属3Dプリントの歴史において重要なマイルストーンとなります。
△学者王華明
アンタークティックベアは、大型部品の3Dプリント技術の研究の必要性は疑いようがないと考えており、これは国防や軍事の分野で極めて幅広い応用が期待できる画期的な技術です。今後、王華明院士やその他の科学研究者の努力により、我が国のレーザー3Dプリント技術もさらに高いレベルの発展を遂げると信じています。

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