3Dプリンティングの産業化

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最先端の積層造形は、製造プロセスを変革して新製品を開発しようとしている企業に無限の可能性をもたらします。 しかし、その世界に参入したい企業は従来、最新の 3D 印刷機に巨額の資金を投資し、それを自社の業務に統合する方法を見つけ出す必要がありました。

3D プリンターが多くの産業用途でスループットと一貫性の点で苦労する可能性があることを考えると、これは難しい話です。

現在、Martin C. Feldmann MEng '14 と MIT 教授 John Hart によって設立された VulcanForms は、企業が工業製品を大規模に製造するためのサービスとしてデジタル マニュファクチャリングを提供しています。 同社は、材料の選択と製品設計で顧客を支援し、製造工場でスケーラブルな製造ワークフローを構築します。

これらの各ワークフローの中心となるのは、独自のレーザー パウダー ベッド フュージョン (LPBF) 金属 3D プリンターです。このプリンターは、細かく振り付けられた一連のレーザー ビームを使用して、複雑なデザインの高性能金属部品を製造します。 プリンターは、製造中の部品も監視するデジタル スレッドを通じて、VulcanForms の機械加工、ロボット工学、後処理装置と統合されています。

「LPBF 技術は、ジェット エンジンの燃料ノズルや整形外科用インプラントなどのいくつかの用途で十分に確立されていますが、まだチャンスの表面をなぞったにすぎません」とハート氏は言います。 「VulcanForms は、産業規模で積層造形を実現し、それをデジタル生産システムと統合する大きな市場機会があると考えています。」

VulcanForms は現在、医療、防衛、半導体、航空宇宙産業の企業向けに部品を製造しており、設計を数日で完成部品に仕上げています。 創設者らは、VulcanForms の品質は、チタンやニッケルベースの先進鋼合金などの素材で業界標準を超えていると述べています。

VulcanForms は現在、マサチューセッツ州デベンズとニューベリーポートに最初の 2 つのデジタル製造施設を完成させています。 完成すると、デベンズの施設には後処理機能に加えて、数十の同社の積層造形システムが収容されることになる。 創設者らは、これらのシステムによってデベンズは世界で最高のスループットの金属積層造形施設になるだろうと述べている。 ニューベリーポートの施設は、精密機械加工、産業オートメーション、および組立作業に重点を置いています。 VulcanForms は、これらのテクノロジーをデジタル スレッドと融合させて、米国を拠点とするデジタル製造インフラストラクチャを構築しています。創設者らは、これが製品の設計、構築、提供の方法を定義すると述べています。

3D プリンティングを産業上の関連性のあるものにする

ハート氏は、積層造形への参入は偶然だったと呼んでいます。 2013 年、彼は同僚から、MIT の高度製造および設計プログラムにおける工学修士課程のクラスを教えるよう依頼されました。

「私が積層造形に焦点を当てた授業を提案したきっかけは何だったのか覚えていません。私はまだこの分野の研究をしていなかったので」とハート氏は言う。 「このクラスは、新しい興味を探求し、生徒たちの情熱と好奇心を引き出すための実験でした。」

そのクラスの学生の一人が、当時MITの最初の学期に在籍していたフェルドマンでした。 このプロジェクトベースのクラスでは、学生たちは 3D プリント部品の精度を測定し、その特性を改善し、3D プリントを製造の中核原理に関連付ける講義に貢献するという課題を課されました。

「MIT は非常に多くのことをあなたに提供します。高度に技術的な内容ですが、非常に応用可能な内容です」とフェルドマン氏は言います。 「MIT では、積層造形を学ぶことは単に物事を計算することではありませんでした。それは、『ここに [熱溶解積層モデリング] プリンターがあります。その機能が何であるかを教えてください。』ということでした。」 「それを使って物を作ります。それは本当に楽しかったです。自分が何をしているのかを知っていて、それを理解できるという自信を持って物事に取り組む必要があるため、業界や新興企業で最先端の研究活動を行うための準備が整います。」 」

学位を取得した後、フェルドマンはハートの研究室の研究専門家となり、そこでナノマテリアルとバッテリー電極を研究しました。 しかし、フェルドマン氏とハート氏は、積層造形をより産業的に関連性のあるものにするためのブレインストーミングを続けました。

最終的に、彼らは、多数のレーザーを同時に動作させることができ、完成部品の品質を維持しながらスループットを向上させる、新しい種類の LPBF 金属プリンターを構築することにしました。 二人は、MIT のベンチャー メンタリング サービスを通じて初期の指導を受けました。

「私たちの目標は、LPBF プロセスを再設計し、はるかに高く一貫した品質を可能にする方法でそれを行うことでしたが、それが積層造形の工業化の主な障害であると考えられました。」 ハートは言います。

その使命を念頭に置いて、フェルドマンとハートは思い切って VulcanForms を立ち上げることに決めました。フェルドマンは最初のプリンタのプロトタイプに取り組んでいた間、ほぼ 2 年間実質的に自活していました。 現在、同社のプリンタは各層に何百もの溶接トラックを使用しており、レーザーが同期してダンスをしながら移動します。 レーザーは合計で最大 100 キロワットの電力を供給し、創設者らが他のプリンターで達成できると主張するよりも高い解像度とスケールで部品を製造します。

VulcanForms の製造ファウンドリには CNC 機械加工および後処理装置も含まれており、創設者らは同社のソフトウェア スタックが重要な差別化要因であると述べています。

「当初から、私たちは 3D プリンティングをデジタル製造の基礎と考えていました。そこではソフトウェアとハ​​ードウェアが連携して動作し、製造指示をエンコードして実行します」とハート氏は言います。 「私たちは、各パーツが各層の各ボクセルで局所的に同じ温度を受けることを可能にするソフトウェアを構築しました。これにより、生産における一貫性を維持しながら、最終製品に迅速に移行することもできます。」

最終的に創設者らは、それらの機能が顧客に何をもたらすかに焦点を当てています。

「私が本当に興奮しているのは、コート ハンガーや机の装飾品の設定ではなく、顧客の役割をどのようにして制作環境で実現できるかということです」とフェルドマン氏は言います。 「アディティブ社の全員が、3D プリンタが生産バリュー ストリームでどのように機能するかではなく、3D プリンタで何ができるかについて非常に興奮しています。だからこそ、当社は生産バリュー ストリーム全体を社内に持っています。当社のモットーが『VulcanForms: 100 kW』ではないのはこのためです。プリンターのレーザー出力。 それは『VulcanForms: イノベーションを加速する』です。」

3D プリンティングの可能性を実現するのに貢献

昨年、あるスーパーコンピューター メーカーが、プロセッサーの冷却コンポーネント用の VulcanForms 設計を送信しました。 数十の微細なトンネルを含むチタン部品は非常に複雑で、積層造形でしか作ることができませんでした。 ニューヨーク・タイムズ紙が報じたように、VulcanForms は 2 日後に部品を携えて戻ってきた。

VulcanForms は、医療用インプラント、工業用工具やタイヤの金型、航空および防衛請負業者向けのコンポーネントも製造しています。

フェルドマン氏は、積層造形によって実現されるイノベーションが多くの業界の技術進歩を促進すると見ています。

「将来的には、LPBF プリントのない整形外科用インプラントは存在しないと思います」とフェルドマン氏は言う。

その技術の進歩により、さらに多くの使用事例が生まれるでしょう。

「私が100％確信している唯一のことは、付加製造のための最も価値の高い用途がまだ見つかっていないということです」とフェルドマン氏は言う。

同社はまた、デジタル生産テクノロジーによって実現される製造業の変革は、米国の経済的繁栄とイノベーションのエコシステムの両方を改善する機会であると見ています。

「VulcanForms は、米国における最大のチャンスの 1 つは、デジタル生産システムを中心とした産業エコシステムを再構築することであると信じています」とハート氏は言います。 「積層造形や自動精密機械加工などのデジタルファーストの生産技術は、より革新的でリソース効率が高く、回復力のあるサプライチェーンを可能にします。製造業のイノベーションはアメリカ経済の根幹です。」

MIT の新興企業である VulcanForms は、「3D プリンティングを、新製品のプロトタイピングや芸術クラスの実験でよく知られるニッチな技術から産業力に変える取り組みの最先端」にあると、デビッド シャーフェンバーグ氏は The Theatre に書いています。ボストングローブ。 シャルフェンベルク氏は、VulcanForms が「何か新しいこと、つまりこの国の最も差し迫った問題に真っ向から向けたハイテク産業主義の到来をもたらすのに役立つ可能性がある」と述べている。

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