ExOneとRapidiaが脱脂不要の水性バインダー金属3Dプリント技術で提携

南極熊の紹介: 低コストと部品の大量生産の利点により、バインダー金属 3D 印刷技術はますます普及しています。特に、Desktop Metal、GE、HP、Exone、 Markforged、 Voxeljetなどの大手メーカーの強力なプロモーションにより、バインダー（特にジェット）金属3Dプリンターは2021年に新たな爆発的な成長を遂げると予想されています。

△バインダー金属3Dプリント（溶融押し出し）

2021年2月、Antarctic Bearは、ドイツのバインダージェッティング3DプリンターメーカーExOneとカナダの3DプリンターメーカーRapidiaが協力し、Rapidia独自の「2段階」3Dプリンター技術を深く融合したMetal Designlab 3DプリンターとX1F焼結炉を発売したことを知りました。
メタルデザインラボとX1F

水性バインダー間接金属3Dプリント技術

Rapidia は 2019 年に発売され、FDM/FFF 溶融押し出しプロセスに基づいています。印刷された金属とセラミック部品を結合するために、ポリマーの代わりに水を結合剤として使用し、脱結合および脱脂のステップを必要とせずに、3D プリンターから取り出してすぐに炉に直接入れて焼結します。現在、ExOneとRapidiaは、テクノロジー製品を共同で市場に投入するために緊密な協力関係を結んでいます。

△ 水性金属・セラミック3Dプリント部品

他のほとんどの「間接的な」金属 3D 印刷技術では、3 つのステップ (3D 印刷、脱バインダー、焼結) が必要であり、焼結炉での熱脱バインダーが非常に遅いため、最終部品の製造に通常 3 ～ 5 日かかり、ポリマーバインダーが燃え尽き、部品の厚さも制限されます。通常、この技術を使用して 3D プリントされた部品の厚さは 5 ～ 10 mm に制限されており、強度と性能に影響します。

対照的に、Rapidia が開発した HydroFuse ペーストは、バインダーの 98% を水に置き換え、印刷中に水が蒸発するため、真の「Print Today, Parts Tomorrow™」テクノロジーが実現します。さらに、この技術により、部品の最大厚さの制限がなくなります。新しい ExOne Metal Designlab は、あらゆる厚さの固体金属を印刷して、要求の厳しいさまざまな試作段階および最終使用段階の高強度部品を作成できます。

△電気技師のダン・ゲルバート氏はラピディア社の創設者兼社長です。ゲルバート氏は、サイモンフレーザー大学とブリティッシュコロンビア大学から数々の名誉ある賞と名誉博士号を授与されている。また、カナダのバーナビーに拠点を置く医療機器メーカー、カーディウムの共同創業者でもあり、同社は心房細動の画期的な治療法を開発した。ゲルバート氏はクレオ社の共同創業者で、社長、その後CTOを務め、2005年7月に同社を10億ドルでコダックに売却した。彼は、荷物追跡技術から心房細動の治療に至るまで、さまざまな発明で 135 件の米国特許を取得しています。 Antarctic Bear は、このような才能をとても尊敬しています。彼らは技術力に溢れており、その技術を産業化し続けることができます。

△印刷したばかりでまだ焼結していない部品

△焼結前と焼結後の比較

オフィスグレードのFDM / FFF金属3Dプリント

Rapidia 3D プリンターは、デュアル押し出し FDM/FFF 3D プリンターと同様に動作します。印刷されたオブジェクトの形状に関しては、Rapidia は標準的な FDM 3D プリンターの形状機能を実現できます。ベースを必要とせず、温かいガラスベッドの上にオブジェクトを直接構築します。印刷材料は、水性金属ペーストまたはセラミック粘土です。

△ラピディアの2段階金属/セラミック3Dプリンターと焼結炉。 Antarctic Bearによれば、Rapidia 3Dプリンターの価格は5万ドル、焼結炉の価格は8万ドルとのこと。具体的な技術パラメータとメーカーの連絡先情報については、グローバル 3D プリント製品ライブラリ https://product.nanjixiong.com をご覧ください。

「当社は、金属に水ベースの接着剤を使用する唯一の 3D 印刷システムです」ゲルバート氏が強調するように、この技術の有名な競合企業はデスクトップメタルとマークフォージドですが、違いは後者 2 社の金属 3D プリンターが「金属粉末を結合するためにポリマーをバインダーとして使用」しており、脱脂が必要であることです。「水結合金属 3D プリントの素晴らしい点は、オフィスで使用できることです」とゲルバート氏は付け加えた。

水性ペーストを原料として使用すると、焼結前に部品の表面を水でブラッシングするだけで物体を滑らかにでき、大きなノズルを使用して印刷を高速化できるなどの利点もあります。水性ペーストを使用すると、独自の方法で部品を組み合わせて複雑なオブジェクトを作成することもできます。たとえば、中空の物体は、下部、中間、上部の 3 つの部分に分けることができます。印刷されると、部品は湿った状態になり、積み重ねられます。炉で焼結すると、3 つの部分が融合して完全に固体の金属全体が形成されます。新しいプロセスを事前に処理されたオブジェクトと組み合わせることで、統合されたオブジェクトを製造できます。

炉の中で、3D プリントされたグリーンボディ内の水が蒸発します。あるいは、次のような懸念があるかもしれません。この場合、金属部品に大きな多孔性が生じるのでしょうか?ゲルバート氏によると、「焼結後、物体は気孔がほとんどない固体金属になります。」ポリマーをバインダーとして使用するプロセスでは、ポリマー材料が蒸発するため、脱バインダー時に穴が残りやすくなります。焼結すると、穴は内側に崩壊して消え、部品に大きな収縮と変形の問題を引き起こします。これが焼結時に物体が収縮する主な理由です。

△3Dプリント金属熱交換器、画像提供：Umair Iftikhar

現在サポートされている材料には、17-4PH ステンレス鋼、316L ステンレス鋼、白色アルミナシリカセラミック、インコネル 625、銅、酸化ジルコニウム、炭化タングステン、H13 工具鋼、マルエージング鋼、アルミナ、チタンなどがあり、その他の材料も開発中です。

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