誰もがビーチで砂のお城を作った経験があるでしょう。立派な壁、そびえ立つ塔、サメが泳ぐ堀など。もしあなたが私と同じようなタイプなら、少量の水がどれほどしっかりとくっつくかに驚くはずです。少なくとも、兄が現れて破壊的な喜びのあまり蹴飛ばしてしまうまでは。
起業家のダン・ゲルバートも、材料を接着するために水を使用しているが、彼のデザインは週末のビーチでの見世物よりもはるかに耐久性がある。
カナダ・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プリンティングシステムサプライヤー、ラピディア・テック社の社長兼創業者であるゲルバート氏は、競合技術に内在する時間のかかる工程を排除し、サポート材の除去を大幅に簡素化する部品製造方法を開発した。
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何ら変わりないほど簡単になります。
ゲルバート氏は、自身の水性システムと、体積比で20～30％のワックスとポリマーを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る。ラピディア社のダブルヘッド式金属3Dプリンターは、金属粉末、水、および樹脂バインダーを0.3～0.4％の割合で混合してペースト状にする。
このため、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、と彼は説明した。
ゲルバート氏によると、その他のプロセスは主に「長年にわたり行われてきた射出成形（MIM）業界で、未焼結部品を金型から容易に取り出すために、比較的高い割合のポリマーを含有させる必要がある」という。「しかし、3Dプリンティング用の部品を接着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%で十分だ」とゲルバート氏は述べている。
では、なぜ水を使うのでしょうか？砂の城の例でペースト（この場合は金属ペースト）を作る際に用いたように、ポリマーは乾燥中に部品をしっかりと固定します。その結果、歩道のチョークのような粘稠度と硬度を持つ部品ができあがり、組み立て後の機械加工、軽い機械加工（ゲルバート社は焼結後の機械加工を推奨）、他の未加工部品との水を使った組み立て、そしてオーブンでの焼成に耐えられるだけの強度を備えています。
脱脂工程を省略することで、より大型で肉厚な部品の造形も可能になる。なぜなら、ポリマーを含浸させた金属粉末を使用する場合、部品の肉厚が厚すぎるとポリマーが「燃焼」してしまうことがないからである。
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たという。「例えば、コンピューターマウスくらいの大きさの部品を作る場合、内部は中空にするか、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、特に軽量化が目的の場合に最適です。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）は通常適していません。」
印刷されたばかりのマニホールドの写真は、ラピディア社のプリンターが作成できる複雑な内部構造を示している。
ゲルバート氏は、このプリンターのその他の特徴をいくつか指摘している。金属ペースト入りのカートリッジは詰め替え可能で、詰め替えのためにラピディア社に返却したユーザーは、未使用の材料に応じてポイントを受け取ることができる。
使用可能な材料は多岐にわたり、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、炭化タングステン、その他開発中の材料もいくつかあります。多くの金属3Dプリンターの秘密兵器とも言えるサポート材は、手で取り外したり「蒸発」させたりできる基材を印刷できるように設計されており、従来は再現不可能だった内部構造の造形を可能にします。
ラピディアは創業から4年が経過しており、まだ始まったばかりだと認めている。「会社は時間をかけて問題点を改善している」とゲルバート氏は語った。
現在までに、彼と彼のチームは5つのシステムを導入しており、その中に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）に設置されたものも含まれている。研究者のジェイソン・テイラーは1月末からこの機械を使用しており、既存のSTACの3Dプリンターと比較して多くの利点があることを実感している。
彼は、焼結前に原材料を「水で接着する」技術には大きな可能性を秘めていると指摘した。また、脱脂に伴う問題、特に化学薬品の使用と廃棄についても精通している。秘密保持契約により、テイラー氏はそこで行っている研究の詳細を多く明かすことはできないが、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プリントされた棒である。
「完璧に仕上がりましたよ」と彼は笑顔で言った。「表面の仕上げも終わり、シャフト用の穴も開けて、今まさに使っています。新しいシステムでできた仕上がりの質の高さには感心しています。焼結部品はどれもそうですが、多少の収縮やわずかな位置ずれはありますが、この機械は十分な性能を発揮してくれます。こうした問題は設計段階で常に補正できるので安心です。」
アディティブ・レポートは、実際の生産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、製造業者は3Dプリンティングを用いて工具や治具を製作しており、中には大量生産に積層造形技術を活用している企業もあります。本レポートでは、そうした企業の事例を紹介します。