ロボットアーム + DLP 光硬化技術、3D 印刷速度は 2000 層/分に達し、高さ制限はありません。

2021年2月5日、アンタークティックベアは、ノースウェスタン大学マコーミック工学部の研究者が、驚異的な印刷速度と優れた部品精度を備えた新しいタイプの光硬化型3Dプリンターを開発したことを知りました。

彼らが開発した連続印刷プロセスでは、1分間に約2,000層の材料を印刷できると報告されています。この速度は実に驚異的です。結局のところ、通常のDLP 3Dプリンターは1分間に約10層しか印刷できないため、約200倍の速度向上に相当します。各層の厚さが25ミクロンの場合、高さ50mmの部品を1分で印刷できます。

このシステムは、ステレオリソグラフィーと 6 軸ロボットアームを組み合わせたもので、構築プロセス中にマシンが各層を自由に移動、回転、再調整できるため、新しい設計の自由度が実現します。
△ロボットアーム+DLP光硬化印刷プロセス。Antarctic Bearは、ビデオから40倍速でこの小さなエッフェル塔を印刷するのに23秒かかり、実際の時間は920秒（15.3分）に相当することを確認しました。印刷速度は、前述の2000層/分にはほど遠いです。
「3Dプリントのプロセスは、もはや設計したモデルのレプリカを作るだけではありません」と、ノースウェスタン大学の機械工学准教授で、このプロジェクトの主執筆者であるチェン・サン氏は言う。「現在、私たちは光を使ってすべての層を組み立てる動的なプロセスを持っていますが、各層が動く際の自由度は高いのです。」

△ノースウェスタン大学の斬新な3Dプリンターは6軸ロボットアームを採用。ノースウェスタン大学提供の画像
モデルをスライスする新しい方法

従来の3Dプリンターでは、一般的に3Dモデルデータを印刷前にスライスしてレイヤーデータに変換し、3Dプリンターでレイヤーごとに印刷することでオブジェクトを製造します。

ノースウェスタン大学のアプローチはこれを逆転させ、階層化されたスライス方式をよりスムーズで継続的なプロセスに置き換えます。

プリンターのロボットアームは Z 軸の動きに固定されていないため、各レイヤーを動的に変換できます。さらに、プリントエンジンは DLP ベースの光プロジェクターであるため、システム全体が高速硬化と高解像度に適しています。モデル全体が一度に 3D プリントされ、遅延がないため、システムは継続的に実行されます。
△スライスシミュレーション印刷工程
サン氏はさらにこう付け加えた。「私たちは光を使ってこれを作ります。液体ポリマーに光を当てて架橋または重合させ、液体を固体に変えます。これにより、3Dプリントの速度と精度が向上します。」

△ノースウェスタン大学の3Dプリンターで印刷された動的に変形するエッフェル塔の模型、ノースウェスタン大学提供<br /> 毎分2000層

△ 動画

数字を具体的に説明すると、連続プロセスでは 1 分間に約 2,000 層の材料に相当する印刷が可能です。研究者らは、エッフェル塔、二重らせん、高度にカスタマイズされた血管ステントなど、多数のテストプリントを作成することで、このシステムの威力を実証した。

3D プリンターはマルチマテリアル構造にも対応しているため、チームは剛性のあるベースと柔らかく作動する肢部を備えた柔らかい空気圧グリッパーを作成することができ、部品を迅速に製造する新しい方法となりました。
△剛性ベースとソフトアクチュエーションアームを備えたソフト空気圧グリッパー
「これは層間の中断がない非常に高速なプロセスです。製造業界がこの恩恵を受けることを期待しています」とサン氏は締めくくった。「一般的な印刷方法は、さまざまな材料と互換性があります。」

3D プリンターの詳細については、「建物の層の自由形状変換によるコンフォーマルジオメトリとマルチマテリアル付加製造」というタイトルの論文をご覧ください。この論文はCheng Sun氏らが共同執筆した。

連続光硬化技術

連続光硬化技術を初めて世に送り出したのは、米国のCarbon社でした。同社のCLIP（現在のDLS）技術は、3Dプリント工程におけるレイヤー間の休止時間をなくし、連続プリントを実現することで、プリント速度を大幅に向上させました。当時としては画期的な技術でした。

CLIPテクノロジーは、通常の3Dプリントよりも25〜100倍高速で、大規模生産を実現できるレベルに達しています。現在、この技術はかなりの規模で実用化されており、例えばスポーツ界の大手アディダスは、この技術をFuturecraft 4Dスポーツシューズのミッドソールの製造に使用しています。アンタークティックベアによれば、実際の生産では、カーボンの設備は最高速度で生産するのではなく、実際の生産品質の要件を考慮して、比較的低速だがより安定した生産速度に調整するとのことだ。
△CLIPテクノロジーの核となる原理は、酸素を通過させることができる酸素透過膜によって形成されるデッドゾーンを利用して、連続的なリフトを実現することです。 <br /> 中国では、Qingfeng Times や UNIZ など、高速光硬化 3D プリント企業もいくつか登場しています。

△Qingfeng Timesの超高速連続3Dプリント技術（3D-Fab）印刷プロセス

出典: 3dprintingindustry

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