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Oct 29, 2023

それ無理！

Il 26 settembre 1984, il consulente per la distribuzione cinematografica Ben Cammack aveva ragione.

1984 年 9 月 26 日、映画配給コンサルタントのベン・カマックは、この 1,000 ドルの危険な手がかりに対して、「世界で最も価値のある本に関連する印刷機の発明者」と正しく答えました。 残念なことに、彼はギリシャやローマの神話の人物にちなんで名付けられていない唯一の惑星（地球）を特定できず、最後には失敗してしまいましたが、ピカピカの新しい荷物、洗濯機と乾燥機のセット、そして数千ドルを持って家に帰りました。課税対象の賞金のこと。

答え（または質問、覚えておいてください、それは「危険」です！）は、もちろんヨハネス・グーテンベルクです。彼は 1400 年代半ばに可動活字印刷機の大量生産プロセスを開発し、最終的に約 180 部の印刷物を印刷しました。 42行からなる聖書、別名「グーテンベルク聖書」。 そして、その後何世紀にもわたって無数の人々が彼の作品に貢献しましたが、このドイツの職人が現在印刷革命として知られている革命、つまりルネサンス、世界的マスコミュニケーションにつながる発展を引き起こさなかったら、今日の世界は大きく異なった場所になっていたでしょう。 、そして最終的には 3D プリントです。

シカゴに本拠を置く Impossible Objects Inc. の Jeff DeGrange と彼の同僚のおかげで、Gutenberg の発案は現在、ある種のルネッサンスを迎えています。 同最高商務責任者は、同社の複合ベース積層造形（CBAM）の仕組みが現代の印刷機と不気味なほど似ていると説明した。 「新聞製造で見られるような高速さですが、紙ではなくカーボンファイバーやグラスファイバー素材を使用しています」と同氏は指摘する。

2D プリンターと同様に、プロセスは基材にインクを選択的に塗布することから始まります。 CBAM の場合、前者は「サーマル インクジェット水性流体」であり、次のステップで接着剤として機能します。このステップでは、選択的に使用されるものと同様の形態のナイロン 12 または PEEK (ポリエーテル エーテル ケトン) パウダーを表面に充填します。 - レーザー焼結 (SLS) により、生地に含浸させます。 その後、真空システムが余分な粉末を取り除き、シートは自動スタッキング ステーションに移動します。これは出版用の本の準備と同じです。

ただし、類似点はそれだけです。 3D 画像の各スライスが印刷されると、スタックがポリマーの融点まで加熱されて圧縮され、層が融合して生地基材にしっかりと接着されます。 最後のステップは、固めた材料のブロックを、柔らかい研磨ビーズで満たされたブラストキャビネットに入れることです。 これらはワークピースに衝突し、完成した部品 (ほとんどの場合、複数の部品) が滑らかになり、すぐに使用できる状態になるまで、未融着の繊維を切り離します。

先ほど説明したプロセスは CBAM-2 であり、Impossible Objects はこれを低容量システムとして特徴付けています。 次のバージョンである CBAM-HS は、長繊維織物の個々のシートを材料のロールに置き換えることにより、印刷機のコンセプトをさらに構築しています。 これにより、ユーザーはパーツのサイズと拡張性の柔軟性が向上し、プリンターは連続的に供給されるため、競合テクノロジーよりも大幅に高速になります。 Impossible Objects は、エラストマーや熱硬化性材料と融合したガラスやカーボンファイバー シートなど、追加の材料の組み合わせにも取り組んでいます。

この最後の材料の組み合わせは、3D プリントされた「低コストのウェーブはんだパレット」やプリント回路基板 (PCB) の製造に使用されるその他のツールを供給するエレクトロニクス業界における同社の地位を確固たるものにするのに役立ちます。

「PCB を保持するものはすべて、当社にとって重要な注力分野です」と DeGrange 氏は述べています。 「私たちの生活にあるすべてのエレクトロニクスについて考えてみてください。そのほとんどすべてが、何らかの固定具や工具を必要とし、その多くは、切削工具に非常に厳しい素材である PEEK ファイバーボードから CNC 加工されています。これは、さらに重要な分野です。積層造形全般、特に CBAM プロセスは、よりコスト効率の高い代替手段であることが証明されています。」

カーボンファイバーは丈夫で軽量であるため、ドローンやその他の無人航空機のコンポーネントについても同様の成功事例があります。 PEEK やナイロンなどのエンジニアリンググレードのポリマーと融合し、トポロジーに最適化された構造に 3D プリントすると、これらの用途や同様に要求の厳しい用途において金属の有力な代替品となります。

「電気自動車市場からも強い関心が寄せられている」とデグランジ氏は語った。 「たとえば、熱硬化性プラスチックとグラスファイバーで作られたバッテリーエンクロージャは、非常に強く、軽量で、耐火性に優れています。燃料電池の構造に炭素繊維を使用する可能性もありますが、他のいくつかの用途と同様に、私たちはまだその段階にあります。初期段階。」

Impossible Objects は、プラスチック射出成形市場で製造される商用製品にも照準を合わせています。 「確かに、AM は金型や工具への投資を必要としません」とデグランジ氏は説明しました。「しかし、その限られた製造速度は、特に自動車や消費者向けのような中量から大量の生産に移行する場合、常に深刻な欠点となってきました。 CBAM-HS はこれらの分野で十分に競争できると予想しています。」

この分野で 35 年以上の経験を持つ DeGrange は、あらゆる添加物について熟知しています。 デグランジ氏は、セントルイスのワシントン大学で製造工学の修士号を取得して卒業した後、マクドネル ダグラス社の上級材料およびプロセス エンジニアになりました。 それは 1988 年のことであり、彼はその後 10 年間、航空機部品の製造と組み立てから生産現場での自動資材処理および回収システムの実装に至るまで、さまざまなプロジェクトに取り組むことに費やしました。

1997 年にボーイングがマクドネル・ダグラスを買収すると、デグランジ氏は引き続き同社の研究、技術、AM 材料とプロセスの取り組みを指揮し、さらに 10 年間勤務しました。 また、F/A-18 スーパーホーネットおよび 787 航空機プログラム向けに、さまざまな AM 技術を使用して構築されたフライト ハードウェアのボーイング社の認証と適格性評価を主導しました。

2008 年、デグランジ氏は AM と航空宇宙分野に関する幅広い知識を活かして、副社長として Stratasys に入社し、プロダクション アプリケーションの垂直ビジネス ユニットを設立しました。 当時彼はそのことを知りませんでしたが、次の 7 年間が Impossible Objects での現在の役割の基礎を築くことになり、2014 年に入社して以来この役職に就いています。

そのすべてを通して、デグランジュは自分の時間を惜しみなく与えてくれました。 彼は、ドイツのパーダーボルン大学での直接製造研究センターの設立に貢献しました。 彼はシカゴの科学産業博物館と STEM に興味のある若者を支援する組織である FIRST Robotics で学生を指導しており、アイオワ大学工学部の理事会顧問も務めています。

デグランジ氏はミネソタ大学でも同様の職に就いており、アール E. バッケン医療機器センターで AM に関する知識を共有しています。

デグランジ氏は、ステレオリソグラフィーと溶融蒸着モデリングが街の唯一の印刷業者だった AM の初期の時代にそこにいました。 最初はユーザーとして、次にサプライヤーとして、添加剤フェンスの両側で働いてきた彼は、それぞれが直面している問題について貴重な洞察を持っています。 業界と現在の雇用主にとって今後 10 年はどうなるのかと尋ねると、デグランジ氏は多くのことを言いました。

彼は確かに CBAM の構築速度の加速 (さらに高速な機能拡張が予定されています) を宣伝していますが、3D プリンター メーカー (およびその顧客) は機器の再現性、信頼性、稼働時間、スループットについても考慮する必要があると示唆しています。

もう 1 つの見解は、「全クローズドマテリアル システム」アプローチが適切な位置を占める可能性があり、サプライヤーが特定の原料に合わせて製品を調整することが重要であるが、エンド ユーザーには他のマテリアルを実験する手段も必要であるということです。 「一部の 3D プリンター会社は、消耗品で非常に良い利益を上げ続けていますが、テクノロジーが製造分野で右肩上がりの成長を続け、顧客がより大きな材料調達の自由を期待しているため、状況は変わり始めていると思います。」

デグランジ氏は続けて、部屋の中の象に声をかけました。後処理です。 3D プリンタを操作したことがある人なら誰でも知っているように、部品は完成してすぐに使用できるようになったマシンから吐き出されるわけではありません。 「金属、ポリマー、複合材料のいずれであっても、最終製品に到達する前に下流でやらなければならない作業がたくさんあります」と彼は付け加えた。 「これらのステップを自動化するまでは、大量生産メーカーによる採用は最小限にとどまるでしょう。」

こうした考慮事項にもかかわらず、デグランジュ氏は AM の将来について楽観的です。 「若い世代が入ってきて、彼らが利用できるさまざまな設計最適化ツールを利用できるようになったことで、特に先ほど述べた自動化の懸念を解決できれば、AM は本当に継続的に受け入れられ、成長していくと思います。 AM 固有の素材の開発とともに、速度と精度はますます向上しており、私たちは真に革新的なものの先端にいます。」