金属3Dプリンターに注目が集まる背景と最新装置「Metal X」
3Dプリンターブームに続く、製造現場で新たに注目される金属3Dプリンター
2009年、ストラタシス社が保有していたFDM方式（熱溶解積層法）の特許満了を皮切りに、有名企業が続々と3Dプリンター市場に参入。2013年ごろから、3Dプリンターブームが巻き起こった。次々に廉価版が開発され、ついには家電量販店で個人が購入できるまでに至った。あれから5年以上がたち、一時はメディアに大きく取り上げられていた3Dプリンターブームは、ひとまず収束を迎えたといえる。
ところが今、製造業界では金属を造形する「金属3Dプリンター」に注目が集まっている。造形技術の発達や幅広い材料に対応可能となったことで、プラスチックによるものづくりのハードルが下がったように、金属でも同様の現象が起きると予想されている。
2千万円台の金属3Dプリンターが登場
一般的に、金属3Dプリンターは8千万円以上かかるといわれている。金属造形で一般的な「レーザー焼結方式」を採用している装置は、万一の粉じん爆発に備えて防爆設備が必要となり、その設備をそろえることで導入コストが上がってしまうからだ。
しかし、2018年12月より日本国内への出荷が開始されたマークフォージド社の「Metal X」では、従来の高額な設備コストが2千万円台までに下がった（注1）。この価格を実現できた理由には、「FDM方式」の採用がある。FDM方式では金属粉末を使用しないため、防爆などの付帯設備を必要としない。また安全な金属造形を可能にしただけでなく、既存のプリンターよりもはるかに小さな筐体サイズを実現した。
Metal Xは575×467×1,120mm、75kgと従来よりもコンパクトサイズ
- （注1）実際には別途脱脂用ウォッシャーと焼結用の炉が必要。
FDM方式による金属造形の工程
FDM方式は、従来プラスチック造形を目的としている。そのためノズル温度が高くても300℃までしか上がらず、ステンレスの融点には到底届かない。そこでMetal Xは次のような工程を経て金属パーツを作成する。
- 8割ステンレス、2割ポリマーやワックスから成るフィラメントで形状を作成する
- ワックスを取り除くために有機溶剤に1日つけて脱脂後、乾燥させる
- 焼結処理を行い、強固な金属パーツに仕上げる
- 自然な温度に下がった後、約97％の密度のステンレスパーツが完成となる
焼結後のパーツサイズは焼結前より約20％縮小する
左：フィラメントでできたパーツ。右：焼結後の金属パーツ。焼結後のパーツは約20％縮小する。完成後に通常の金属加工を施すことも可能だ
Metal Xの精度・使用用途は？
約97％の密度のステンレスパーツが完成することから「Metal Xはステンレスパーツを造形できる」といっても差し支えないだろう。
ラティス構造を施すこともできるため、軽量化を行いたいユーザーに向いている。そのほかの使用用途として、治具・金型の生産や小ロット部品・試作品の内製が挙げられる。
仕様
| プリント方式 | ADAM |
|---|---|
| 最大造形範囲 | X 300×Y 220×Z 180mm（注1） |
| 装置サイズ | 575×467×1,120mm |
| 装置重量 | 75kg |
| プリントチャンバー | 加熱式 |
| プリントベッド | 加熱、プリントシートは真空シールド、自動レベリング |
| 電源装置 | 100-240VAC、2400W(20A peak)、IEC60320 Type C20 |
| 最大パーツサイズ | 250×183×150mm（注2） |
| 最大パーツ重量 | 10kg |
| サポート材 | パーツ材と同じメタル材＋セラミックスの剥離層 |
| 積層ピッチ | 50～200μm |
| 供給形態 | フィラメント（パウダーバインド） |
| 材料 | 17-4ステンレス鋼 工具鋼（H13、A2、D2）（注3）、チタン Ti6Al4V、インコネル（IV）625、銅、アルミニウム（6061、7075）など |
| ソフトウェア | クラウドベース：データをクラウド保存 |
| 内部構造・作成機能 | 密封セル 三角 インフィル |
- （注1）焼結後はこのサイズから20％縮小する。
- （注2）成果物のサイズ。
- （注3）今後リリース予定。
- ＊ 造形には本体以外に、脱脂用のウォッシャーと焼結用の炉が必要。焼結用の炉はお客様の要望に合わせて大小お選びいただけます。
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