3D印刷は本当に未来を形作ることができますか? 2つのイノベーターが先に見て

数千マイル離れたMatt BurrisとChris Elsworthyは離れていますが、どちらの技術者も共通の目標を共有しています。それぞれが独自の3D印刷システムに取り組んでおり、いつかはその技術を未開発市場に普及させると考えています。

新しい材料

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2人の男性が心に留めている観客は、離れて極です。サンフンシスコでは、MatterFabのCEOで共同設立者のMatt Burrisは、金属製の3Dプリンタの開発に過去2年間を費やしてきました。現在の金属3D印刷システムの約10分の1の価格で、標準的な機械工場が高品質の部品を生産できるように設計されています。

Burrisは、3Dプリンタが従来の方法と一致することができることを認識しています。彼は父の航空宇宙部品機械工場で育ち、GE Aviationがアラバマ州オーバーンの従来の生産から独自の3D印刷施設に切り替えたジェットエンジンノズルで作業していました。

「GEは新しい燃料噴射ノズルを印刷しており、新しいLeapエンジンでこれを使用しています。

私たちは、その部分が標準的な機械工場から移行し、3Dプリントを開始するのを見ました。私たちはこれを早いうちに見ました。そのような品質と信頼性を要求する部品を印刷できるなら、印刷できるものにはあまりにも多くの制限はありません。

GE Aviationの3D印刷機は、一般的に1〜2百万ドルのコストがかかるタイプのもので、これまでは18個の部品で製造されていた金属部品を1つ印刷していました。

英国のブリストル近郊のPortisheadで、Chris Elsworthyは消費者にRoboxプラスチック製3Dプリンタの使用を勧めました。二重ノズルマシンは、世界各国で9月末までに1,399ドルまたは850ポンドでご利用いただけます。

Matters BurrisのMatterFabマシンの製造に関する焦点とは異なり、Elsworthyのプリンタで消費者が何をしているのかはまだ完全には分かっていません。おもちゃ、モデル、ワンオフ家庭用DIYアイテムも可能で、調理法などの分野も候補者として登場します。

「私たちはすべての消費者に技術を見せてくれるが、それはいつもそれに感銘を受けているようだ。物事を作るのは非常に魔法的だが、いつも「何を印刷するのだろうか」とElsworthyは言った。

それは今までの最大の問題です。新興技術のように、それはすべてが直面する問題です。だからインターネットが登場したとき、誰もそれを使うつもりはないと思った。彼らは「それを何のために使うの?」と思った。電話の場合も同様です。

Elsworthyは、この技術のコストの低下は、これをはるかに広い範囲の視聴者に開放すると考えている。その結果、TinkercadやSketchUpなどのパッケージと同様に、より使いやすく、消費者に優しいCADソフトウェアにつながります。このソフトウェアにより、消費者はウェブベースのライブラリで既に利用可能なオブジェクトに加えて、新しいモデルの範囲を作成することができます。

「われわれはハードウェアを手に入れることに集中している。うまくいけば、すぐに人々はインターネットからコンテンツをダウンロードし、急な学習曲線なしにそれを印刷することができるだろう」と彼は語った。

次に、ソフトウェアに焦点を当て、人々が自分のコンテンツを作成できるようにします。しかし、それは鶏と卵のことです:あなたは他のものなしで行うことはできません。

コストが下がって新しいコンシューマ向けアプリケーションにつながるものであれば、Matt BurrisのMatterFab 3Dプリンタが可能になりました。より安価なコンピューティングパワーと高精度センサーに加えて、合金粉末層を溶接して金属部品を形成するレーザーは、価格が下がっています。

「多くのレーザー技術は、根本的に異なるレーザーシステムを使用できるようになり、実際に価格を下げるのに役立ちます」とBurris氏は述べています。

もう1つは、これらのシステムを見たときに、実際に再設計できる場所が多く見つかりました。その再設計では、すべての機能を同じに保ちながらシステムを大幅に安価にすることができました。

例えば、既存の金属3Dプリンタは、一般に、オペレータがプロセスを監視することができるが、さもなければそれらを盲目にする高出力レーザからそれらを保護するためのシールドされたウィンドウを有する。

「反射が目に見えても目に見えないので、ウィンドウが非常に高価です。私たちは、これを数台のカメラとタッチスクリーンインターフェースに置き換えました。システム内で起こっていることをすべて見ることができます。 “Burrisは言った。

MatterFab 3Dプリンタは、2015年初めにテストパートナーに納入する必要があり、「選択的金属溶接」と呼ばれる完全溶融プロセスを採用しています。 Burris氏によれば、伝統的に製造された部品と同じくらい強固な部品を生産することができます。

落ちる価格

「本当にハイエンドの3D印刷アプリケーションでは、ポスト処理や強度向上のために少し後処理を行うのが一般的です。

標準的な工業プロセスがありますが、それらは工場で作業する部品にしばしば行います。 GEの燃料噴射ノズルの場合、HIPと呼ばれています。これは高温アイソスタティックプレスです。

BurrisとElsworthyは、3D印刷で使用できる材料の範囲を広げていくことが、技術の普及を促進し、新しいアプリケーションを開拓する上で鍵となると考えています。

Elsworthy氏によると、これはハードウェアそのものの最大の成長経路であり、いったん複数のマテリアルと多種多様なマテリアルで印刷することができれば、その技術はさらに使いやすくなるからです。

私たちのRoboxは、すぐに膨大な数のプラスチックを取ることができます。それからペースト押出ヘッドを作るつもりです。固体のプラスチックを押し出すのではなく、砂糖やはんだペーストや粘土の氷のように半液体を入れることができます。

3D印刷がこれまでにつながっていたプラスチック部分から離れて、3Dプリンタで陶器やケーキの装飾や食べ物を作ることになります。

Matt Burris氏によると、金属3D印刷用の素材の選択は限られており、非常に大きな参入障壁となっています。

“これらのシステムの主要メーカーを見ると、約15種類、おそらく20種類の合金がありますが、実際に使用できる場所は限られています。利用可能な合金で働くことができる」と同氏は述べた。

材料の入手可能性が上昇し始め、これらの業界で使用されている一般的な合金が利用できるようになるにつれて、これらの種類のシステムの採用と利用がますます増えていきます。私が別の合金を使用しなければならないためにあなたが私の部分を再設計することを余儀なくされたら、それは多くの人にとっては初心者ではありません。

最大の一つの課題は、材料を予め合金化した粉末をレーザのパラメータに結びつけることです。良い品質の出力を得るには、これらのパラメータをダイヤルするのに時間がかかります。

速度対品質

破壊的な技術

“それには微妙なことがたくさんあります。パウダーの流れをよくして、簡単に広げることができます。その層の厚さを変更するたびに、印刷パラメータを変更する必要があります。より深い層の粉末を溶かして、その周りの行動のいくつかは変化する」とバリス氏は語った。

それを見るための簡単な方法は、その粉末を溶かすのに十分なエネルギーを入れなければならないことです。そして、あなたがそれに溶け込もうとしているので、下の層のいくつかを溶かします。だから、あなたはそれらの層の間に非常に良い溶接と結合があることを確認する必要があります。

両方のエンジニアがそれぞれの市場向けに低コストの3Dプリンタを製作することを目指していますが、技術の価格はさらに下がっています。

Elsworthyは、消費者の分野では、その技術は今や価格下落の半分になっていると述べた。

「プリンタを作っている多くの人々は、製品を購入した後に消費者に提供しなければならないサービスの量が大きいため、かなりの余裕を持って構築しなければなりません。

彼らが意図した通りにプリンタを使用すれば、それは正しく動作するはずですが、誰もそれをしません。誰もがボックスを開き、それを使用すべきだと思うように使ってまっすぐになります。何かがうまくいかなければ、あなたはそれを固定しなければならず、それはもともとのコストのオーバーヘッドから出てきます。

技術が安定し始めると、その価格が急落するのが見えます。カラーの2Dレーザープリンタでも同じことが分かりました。 5年前と同じレーザープリンタです。しかし、それは彼らがすべてのしわを洗い流したことだけです。

技術の信頼性の進化と価格の下落により、Elsworthyは印刷速度の向上を期待しています。

「私たちにとっては、あなたが望む部品の品質によって決まります。この2ノズルシステムは非常に多くの材料を非常に迅速に預けることができますが、その反対側では物事はすぐに、あなたは質を失う “と彼は言った。

スピードは明らかに常に何かと比較されています。実際に足場を取ったものはないので、現時点で何か驚くべきことはありません。

金属製の3D印刷では、Matt Burris氏によれば、生産されるオブジェクトのサイズに合わせてスピードを出すことができます。

「現在、技術はまだ非常に大きなオブジェクトを構築するためのものではありません。そのために2つの大きな課題があります.1つは印刷に時間がかかり、非常に大きなオブジェクトの多くにとって経済的なオプションではないかもしれないということです。彼は言った。

しかし、もう一つの問題は、このプロセスを使用する際にストレスが蓄積され、大きな部分を歪めることがあることです。したがって、大きなものを印刷して正しく部品を手に入れることが難しくなります。

金属3D印刷の障壁となる可能性のある別の領域は表面仕上げであり、現在は非常に微細なサンドペーパーのように粗いです。

素晴らしいアプリケーションの中には、人々が期待していないものがたくさんあります。彼らはそれをより磨かれたい。プロセスで物事を磨くことができるように人々が探究しているものの、商業化されていないものはない」

その荒い仕上げは利益を証明することができます。たとえば、SpaceXのSuperDracoロケットの3D印刷燃料ノズルの冷却チャネル内の粗さは、より多くの表面積を提供し、熱を除去するのに役立ちます。

物事のより広いスキームで、Burrisは3Dメタル印刷の普及が主要な影響を持つと考えています。その一部は製造業の世界を超えています。

「長期的には、この技術はCNC加工のかなりの部分を置き換えることができ、実際には世界中の生活水準を向上させることになり、実際には製造現場を再構築しようとしている」

3D印刷に目を向けると、デザインと製作方法について実際に考え合わせることができます。今はかなりデカップリングされていますが、これらのマシンからデータを取り込んでデザインに戻すことができ、データ駆動型設計が可能です。

以前は決してできないほど多くのことをすることができます。多くのパーツには非常に標準的なコンポーネントがありますが、その一部をカスタマイズすることもできます。だから、実際にその部分を作り始めることができます。その部分を最初に作ります。カスタマイズしなければならないポイントに達すると、製造プロセス中に追加することができます。

メタル3D印刷では、製造中に、プロセス中に部品が正しく構築され、異常が現れ始める前に、本格的な生産が始まる前に、部品が稼働する前に設計を変更することができます。

Chris Elsworthy氏は、主に製品の輸送において、長期的な変化を予見しています。

「われわれが運ぶ商品のほとんどは完成品であるが、完成品から原料に至るまでにはかなり急速に変化していることがわかる」と述べた。

小売業者は、完成品ではなく原材料の出荷を開始し、すべての製品を棚から販売するのではなく、カスタム注文を作成することができます。

「明らかに、我々はすべて現時点ですべての製品を生産している極東に頼っているが、アフリカのような資源の豊富な場所では原材料をそこから輸送する可能性があることがわかる」とElsworthy氏。

面白いことに、中国は現在おそらく3D印刷の中で最も重視されているものです。彼らは3つまたは4つの大学が3D印刷に専念しています。彼らは明らかにボールを目の当たりにしており、何が水平線にあるのかを正確に知っています。

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