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コラム 2020.04.28 更新

金属3Dプリントの3つのプロセス

金属を3Dプリンティングすることは、テクノロジーとビジネスの両面において新たな道を示します。
これまで工具にかけていた費用が不要になるため、部品ひとつひとつのコストが大幅に削減され別のところに予算を割く選択肢が生まれました。
さらに、プリンターは設計ファイルから部品を自動的に作成できるため、金属での3Dプリントでは自動化が可能です。

最先端のメーカーはすでにこのテクノロジーを利用して、金属の3Dプリント部品のプロトタイプを迅速に作成したり、交換部品をオンデマンドでプリントしたりしています。

しかし、どのようなプロセスを経ているかを知っている方は意外と少ないのではないでしょうか?
アプリケーションエンジニアのTripp Burd氏が、デザインから機能的な金属部品に至るまでを、動画にて案内してくれました。
金属を3Dプロントするプロセスの3つの大きなステップは、印刷、洗浄、焼結です。各ステップには、金属の3Dプリントが従来の製造と比較すると少し変わっています。

 

ステップ1:プリント

3Dプリントされたパーツのすべては、パーツを設計するCADから始まります。
次に、STLにエクスポートしてEigerにアップロードします。Eigerは、すべてのMarkforged製品に付属するクラウドベースのスライシングおよび印刷管理システムです。Eigerは、ジョブに使用している材料とプリンターに基づいてパーツを自動的に構成します。

Eigerが部品をスライスすると、下流のプロセスでの収縮と変形を考慮して拡大されます。Eigerは、パーツを個別のレイヤーにスライスし、張り出したフィーチャーを識別し、パーツの下にサポートとラフトを構築します。

アイガーはまた、プロセスの各段階を通じて金属部品の進行状況を監視します。アイガーの方でプリントの準備ができたら、メタル3Dプリンター自体であるメタルXに移行します。

プリントを開始する前に、Metal Xは、独自のノズルタッチオフプロセスを使用してプリントベッドを自動的にマッピングおよびレベリングし、最初のレイヤーが適切に印刷されるようにします。
プリントは、プリンターの上部にある加熱チャンバーに保管されている2つの材料で構成されています。
最初の材料は金属で、2番目の材料はセラミックリリースです。このフィラメント材料は、2部構成のプラスチックバインダー内に安全に吊り下げられた金属粉末です。フィラメントは加熱され、ビルドプレート上に押し出されます。離型材料は、パーツとそのサポートの間のインターフェースとして押し出されるため、パーツが炉から出てきたら、簡単に取り外すことができます。
他の金属3Dプリントシステムとは異なる大きなポイントとして、Metal Xプロセスはばらばらの金属粉を使用しないため、安全で費用効果の高いワークフローが実現できるのが特徴です。

Markforged Metal Xシステムは、17-4 PHステンレス鋼、H13、A2、およびD2工具鋼、銅、およびインコネル625、ならびに現在開発中の他のいくつかの材料でプリントできます。

パーツのプリントが完了すると、プリンターからメールで通知されます。メールを受け取たらプリンターの前に移動します。ビルドシートからパーツを削除し、ベッドを空にすることができます。
この段階では、印刷されたパーツは緑色をしています。次のステップでは、脱脂プロセスのウォッシュに入れます。

 

ステップ2:洗浄

洗浄段階では、MarkforgedのWash-1が結合材の最初の段階を削除します。
緑色の部品がプリンターから取り出され、洗浄バスケットに入れられ、次に洗浄バスケットに入れられて溶剤に入れられます。

この段階の洗浄時間は、成形品の最も厚い領域に応じて、数時間から数日まで変化します。
洗浄が完了すると、茶色の部分ができます。次に、焼結プロセスに移ります。

 

ステップ3:焼結

焼結すると、茶色のパーツが完全な金属パーツに変わります。
これを行うには、温度をゆっくりと上げて、残っている微量の結合材を燃焼させます。
温度が材料の融点に近づくにつれて、金属粒子が融合して強力な金属部品が作成されます。

Markforged Sinter-2は、中量生産および大型印刷部品用に設計された炉です。Sinter-2およびその他のMarkforged焼結炉は、炭素を含まないレトルトを使用して、完成品の部品品質と合金組成の基準が確実に満たされるようにします。
各実行には約1日かかり、Eigerソフトウェアを使用してリモートで監視できます。
実行が完了すると、金属片が完成したセッタートレイを炉から取り外すことができます。そうしてこれらの部品は使用できる状態になります。
炉内では、サポート、ラフト、およびプリンター部品の間の印刷された剥離材料の層が粉末になります。これにより、構造をラフトに固定して、プロセス全体の収縮と精度をより適切に制御できますが、焼結後のリリースも容易です。
最終用途の必要に応じて、後加工、研磨、またはその他の処理を行うことができますが、多くの用途で、このプロセス後の部品の精度と強度は、取り付けの準備ができていることを意味します。

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