誰もがビーチで砂のお城を作ったことがあるでしょう。頑丈な壁、堂々とした塔、サメだらけの堀。私と同じ気持ちなら、少量の水がどれほどしっかりとくっつくかに驚くでしょう。少なくとも、兄貴が現れて、破壊的な喜びでそれを蹴り飛ばすまでは。
起業家のダン・ゲルバート氏も、素材を接着するために水を使用していますが、彼のデザインは週末のビーチの見世物よりもはるかに耐久性があります。
ブリティッシュコロンビア州バンクーバーとイリノイ州リバティビルに拠点を置く金属 3D 印刷システムのサプライヤー Rapidia Tech Inc. の社長兼創設者である Gelbart 氏は、競合技術に固有の時間のかかる手順を排除し、サポートの除去を大幅に簡素化する部品製造方法を開発しました。
また、従来の製造方法で作られた部品であっても、複数の部品を接合するのは、少量の水に浸して接着するのと同じくらい簡単です。
ゲルバート氏は、水ベースのシステムと、ワックスとポリマーを20～30%（体積比）含む金属粉末を使用するシステムとの根本的な違いについて論じています。Rapidia双頭型金属3Dプリンターは、金属粉末、水、そして0.3～0.4%の樹脂バインダーからペーストを生成します。
これにより、競合技術で必要とされる、数日かかることが多い脱脂工程が不要になり、部品を直接焼結炉に送ることができると同氏は説明した。
その他のプロセスは主に「長年の実績を持つ射出成形（MIM）業界で採用されているもので、金型からの離型を容易にするために、焼結前の部品に比較的高い割合のポリマーを含ませる必要があります」とゲルバート氏は述べた。「しかし、3Dプリント用の部品を接合するために必要なポリマーの量は実際には非常に少なく、ほとんどの場合、0.1%で十分です。」
では、なぜ水を飲むのでしょうか？砂の城の例でペースト（この場合は金属ペースト）を作る際に使用したように、ポリマーは乾燥時に部品をしっかりと保持します。その結果、歩道のチョークのような粘稠度と硬さを持つ部品が生まれ、組み立て後の機械加工、軽い機械加工（ただしゲルバートは焼結後の機械加工を推奨）、他の未完成部品との組み立て（水で組み立て）、そしてオーブンへの送り込みに耐えられる強度が得られます。
脱脂が不要になると、ポリマーを含浸させた金属粉末を使用する場合、部品の壁が厚すぎてもポリマーが「燃え尽きる」ことがないため、より大きく厚い壁の部品を印刷することも可能になります。
ゲルバート氏によると、ある機器メーカーは壁厚を6mm以下にすることを要求していたという。「例えば、コンピューターのマウスくらいの大きさの部品を作るとしましょう。その場合、内部は中空にするか、あるいは何らかのメッシュ構造にする必要があります。これは多くの用途、特に軽量化を目指す場合には有効です。しかし、ボルトなどの高強度部品のように物理的な強度が求められる場合は、金属粉末射出成形（MIM）やMIMは通常適していません。」
新しく印刷されたマニホールド写真は、Rapidia プリンターが生成できる複雑な内部構造を示しています。
ゲルバート氏はプリンターの他の特徴をいくつか指摘する。金属ペースト入りのカートリッジは詰め替え可能で、ユーザーがラピディアに返却して詰め替えると、未使用の材料に対してポイントが付与される。
316および17-4PHステンレス鋼、インコネル625、セラミック、ジルコニアに加え、銅、タングステンカーバイド、その他開発中の材料など、様々な材料をご用意しています。多くの金属プリンターの秘密兵器とも言えるサポート材は、手作業で除去または「蒸発」できる基板をプリントできるように設計されており、これまで再現不可能だった内部構造の再現を可能にします。
ラピディアは創業4年目を迎えましたが、確かにまだ始まったばかりです。「時間をかけて状況を改善しています」とゲルバート氏は述べました。
これまでに、彼と彼のチームは5台のシステムを導入しており、そのうち1台はブリティッシュコロンビア州のセルカーク・テクノロジー・アクセス・センター（STAC）に設置されています。研究者のジェイソン・テイラー氏は1月末からこのマシンを使用しており、既存のSTAC製3Dプリンターに比べて多くの利点があることを実感しています。
彼は、焼結前の未加工の部品を「水で接着する」という技術に大きな可能性を秘めていると指摘しました。また、化学薬品の使用と廃棄を含め、脱脂に関連する問題にも精通しています。テイラー氏は秘密保持契約により、そこでの研究内容の多くを公表することはできませんが、彼の最初のテストプロジェクトは、多くの人が思い浮かべるようなもの、つまり3Dプリントの棒です。
「完璧な仕上がりでした」と彼は笑顔で言った。「フェース面を仕上げ、シャフト用の穴を開け、今使っています。新しいシステムによる作業品質には感銘を受けています。焼結部品全般に言えることですが、多少の収縮や多少のズレはありますが、この機械は十分に機能しています。これらの問題は設計で常に補うことができます。」
アディティブ・レポートは、実際の製造現場における積層造形技術の活用に焦点を当てています。現在、メーカーは3Dプリンティングを用いて工具や治具を製造しており、中には大量生産にAMを活用している企業もあります。これらの事例をレポートでご紹介します。