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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※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

※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。

  1. 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
  2. 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
  3. 焼結処理を行い、強固な金属パーツに仕上げる
  4. 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※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※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)※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

※1 焼結後はこのサイズから20%縮小する。
※2 成果物のサイズ。
※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。

Metal X 製品情報

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