積層造形の7つのカテゴリー

説明

一般的に3Dプリンティングと呼ばれる積層造形（AM）は、デジタルモデルからレイヤーごとにオブジェクトを作成する。この技術は産業に革命をもたらし、幅広い用途で迅速なプロトタイピングとカスタマイズされた生産を実現している。このプロセスは主に7つのカテゴリーに分類され、それぞれに独自の方法と利点がある。これらのカテゴリーには、VAT光重合、材料噴射、バインダー噴射、材料押し出し、粉末床融合、シート積層、および指向性エネルギー蒸着が含まれます。

VAT光重合

VAT光重合は、紫外線（UV）光を使用して液体樹脂を硬化させ、層ごとに固体に変える一般的な3Dプリント技術です。この方法は、プロジェクターまたはレーザーによって選択的にUV光を照射される液体フォトポリマー樹脂のバットを使用します。プロセスは、まず樹脂の薄い層を作り、それをUV光源で固め、次にビルドプラットフォームを下げて次の層を作るスペースを作る。このプロセスは、モデルが完成するまで続けられる。
このカテゴリーは、宝飾品、歯科用途、プロトタイピングなど、高解像度と微細なディテールが不可欠な産業で一般的に使用されています。

マテリアルジェッティング

マテリアル・ジェッティングはインクジェット・プリンティングに似ていますが、蒸着時に固化する材料を使用します。このプロセスでは、フォトポリマーを代表とする材料の微小液滴が、複数のプリントヘッドから造形面に噴射されます。材料の各層はUV光で硬化され、前の層と接着される。
マテリアル・ジェッティングは高い精度を提供し、複雑な細部や滑らかな仕上げを持つ試作品、金型、モデルの製造によく使用される。また、複数の材料を同時に扱うことができるため、マルチマテリアルパーツの作成も可能です。

バインダージェッティング

バインダージェッティングは、バインダを使用して粉末材料の粒子を層ごとに融合させる粉末ベースの3Dプリント手法です。プリントヘッドが液体バインダーをパウダーベッドの表面に選択的に付着させます。バインダーによって粉末粒子が接着し、固体の層が形成される。各層が印刷されると、ビルド・プラットフォームが下に移動し、より多くの粉末が層上に散布される。
この技法は、金属、砂、セラミックパウダーでよく使われる。バインダージェッティングは、大きく複雑な形状を作成する能力があるため、砂型鋳造、金属部品製造、建築模型などの用途でよく使用されます。

材料押出

材料押し出しは、最も広く知られている3Dプリント方法の1つで、溶融積層造形法（FDM）などの技術によって普及しました。この方法では、熱可塑性プラスチックなどの材料のフィラメントを、加熱されたノズルから押し出します。材料は層ごとに堆積し、各層は冷えて固まるにつれて下の層と結合する。
材料押出成形は、自動車、消費財、航空宇宙などの産業で広く使用されている。ABSやPLAのようなプラスチックを含む幅広い材料が利用でき、使いやすく、手頃な価格で入手できることで知られています。

粉末床溶融法

パウダーベッド・フュージョン（PBF）は、レーザーまたは電子ビームを使用して、材料のベッド内で粉末粒子を選択的に溶融・融合させる方法である。このプロセスでは、造形プラットフォームに粉末の薄い層を広げ、レーザーまたは電子ビームを使用して、デジタル設計に基づく特定の位置で粉末を融合させます。
PBFは、ステンレス鋼、チタン、アルミニウムなどの金属粉末で最も一般的に使用され、非常に複雑で機能的な部品の作成に最適です。この方法は、強度や耐久性などの材料特性により、航空宇宙、医療機器、工具などの産業で特に有用です。

さらに読む積層造形（AM）と粉末床融合法（PBD）

シートラミネーション

シートラミネーションは、紙や金属などの薄いシートを貼り合わせ、各層の形状に合わせて切断する3Dプリント技術です。シートは接着剤または熱を使用して接着され、切断プロセスでは通常、レーザーまたは機械的手段を使用して各層の形状を定義します。
このカテゴリーは、特に紙や複合材料で使用される場合、その費用対効果とスピードで知られています。シート・ラミネーションは、モデルやプロトタイプの製造、特定の航空宇宙や自動車用途に一般的に使用されています。

直接エネルギー蒸着

直接エネルギー堆積法（DED）は、レーザーや電子ビームなどの集束された熱エネルギーを使用して、材料原料（通常は粉末状またはワイヤー状）を溶かしながら表面に堆積させる付加製造技術です。材料は冷却されると固化し、対象物を一層ずつ積み上げていく。
DEDは、金属部品の修理やメンテナンスによく使用されるほか、航空宇宙、防衛、工具などの産業において、大型で複雑な部品の作成にも使用できる。様々な金属合金に柔軟に対応できるため、材料性能が重要な用途に最適です。

表：積層造形の7つのカテゴリーの比較

その他のアプリケーションや関連製品については、 スタンフォード・アドバンスド・マテリアルズ（SAM）をご覧ください 。

よくある質問

VAT光重合とマテリアル・ジェッティングの違いは何ですか？
VAT光重合はUV光源を使用して液体樹脂を硬化させますが、マテリアルジェッティングは光重合材料の液滴を噴射し、UV光で硬化させます。

材料押出成形は金属に使用できますか？
マテリアル・エクストルージョンは主に熱可塑性材料に使用されますが、特殊なシステムでは金属複合材料にも使用できます。

バインダージェッティングが金属部品に適している理由は何ですか？
バインダージェッティングでは、金属粉末を使用して複雑な金属部品を作成することができ、焼結して強度を高めることができるため、金属製造に最適です。

なぜパウダーベッド融合が航空宇宙分野で人気があるのですか？
粉末床溶融法は、高い強度を持つ複雑な金属部品の製造を可能にし、航空宇宙用途の厳しい要求に理想的です。

金属補修における指向性エネルギー蒸着の利点は何ですか？
指向性エネルギー蒸着を使用すると、材料を正確に溶融して追加することにより、金属部品の局所的な補修が可能になるため、航空宇宙やその他の高性能産業での補修に効果的です。