3Dプリントはニッチなプロセスから大量生産技術へと進化しています。エボニックは、あらゆる主要技術にカスタマイズされた材料を供給し、次世代プリンターの開発を推進しています。
工業用製造設備では、パラダイムの変化が起きています。通常、対応する要素を製造するためには、プラスチック材料を融着して鋳造するか、あらかじめ定義された金型にプレスしなければなりません。このような成形プロセスでは限界がありますが、アディティブプロセスがそれを補います。デジタル三次元の設計図に基づいて、材料をベースとなる表面に何層にも分けて塗布します。各アプリケーションの後、表面はミリメートルの数分の一だけ下げられ、別の層が追加されます。特殊な金型や大規模な後処理は必要なく、すぐにデジタル仕様に正確に対応した三次元構造が製造されます。
一般的に3Dプリントと呼ばれるアディティブプロセスは、これまでのところ主にプロトタイプやモデルに使用されています。その利点は明らかで、結果が最適でない場合は、データセットを変更して印刷を繰り返すだけでよい。また、製品が少量生産でしか必要とされない場合には、従来の製造では、通常、多大な労力とコストがかかります。例えば、オプションの自動車部品、特殊機械のハウジング、さらには、敏感で常に変化する物体を運搬したり梱包したりするロボット用のグリッパーなどがあります。
技術ドライバーとしての航空機建設と医療技術
数年前から、この新しいタイプのシェーピングは、シリーズ生産でも定着してきています。その原動力となっているのが、航空機製造と医療技術です。航空機製造では、部品は軽量、コンパクト、高機能、耐熱性が求められます。医療技術では、もう一つの要素が重要な役割を果たしています。そのため、義肢や補助具、さらには手術用の装置も、個別に測定して適合させなければなりません。例えば、3Dプリンティングは、膝の手術や補聴器のための小さな穴あけやノコギリ加工の補助具を作成するために使用されています。
プラスチックの場合、添加剤製造は非常に有望な市場です。プラスチックは耐久性があり、融通性があり、特性がほぼ無限に変化するため、この最先端技術には理想的です。ポリアミド12（PA12）では、エボニックは3Dプリント用粉末の世界有数のサプライヤーです。エボニック社は、1996年には早くも添加剤製造用の最初のポリマー粉末を提供し、今日でも有効なプラスチック材料の基準を設定しました。現在、特殊化学品会社は、添加剤技術のための真の材料キャンペーンを開始しています。グループのINFINAM®ブランドの強化材から難燃材、弾性材に至るまで、さまざまな革新的な高性能材料で、Evonikは3Dプリント産業を連続生産に決定的な一歩近づけようとしています。
大衆のための3Dプリント
3Dプリントは、車の購入者には見えないトリムや小さな部品を作成するために主に使用されています。すべての新しいアプリケーションは、最初に重要度の低い分野でその価値を証明しなければならないので、これは驚くべきことではありません。3Dプリントは主に、長年にわたって強化されてきた定評のある射出成形技術に対抗しなければならない。3Dプリントの利点は、それが設計の自由を可能にし、軽量コンポーネントを開発し、全く新しい機能を作成するための研究者やエンジニアのための完全に新しい機会を開くということです。"私たちは、3Dプリント用の部品を完全に再設計して、私たちが望む特性を持つようにしています。"とMonsheimer氏は言います。
このプロセスは、エボニックの新しいパートナーの1つであるイスラエルの新興企業Castorによって簡素化されています。同社のソフトウェアは、従来の製造方法と比較して添加剤製造が経済的かどうかを判断するために、包括的な技術的・経済的分析を行っています。
3Dプリント用に再発明された部品は、元の部品との共通点がほとんどないことがよくあります。射出成形された部品は、大きな応力に耐えられるように重くて巨大なものでなければなりませんが、同等の3Dプリントされた部品は、アーチ、支柱、ハニカム構造で構成された一見繊細なデザインを持つことができます。それは、射出成形された部品と同様に応力に耐えることができますが、重量はほんのわずかです。
これらの軽量化により、添加剤製造は航空機の構造に非常に興味深い技術となっています。この分野では1グラム1グラムが重要であり、気候への影響が少ない燃料効率の高い機械に対する需要が高まっています。この分野でも、添加剤製造の技術革新は最初は目立ちません。例えば米空軍は、3Dプリントを使ってベテランジェット機の代替部品を製造している。
3Dプリントショーケース
Monsheimer氏によると、生産量の増加に伴い、何よりも添加剤製造の高速化が必要になるとのことです。"このプロセスは、何万、何十万ものユニットを生産するようになったときに、特に自動車産業にとって興味深いものになるでしょう」とモンズハイマー氏は述べています。エボニックと米国の新興企業であるエボルブ社との新たなパートナーシップが、この可能性を引き出す鍵となるかもしれません。Evolve社の技術は、STEPとして知られており、基本的にはレーザープリンターのように動作するため、はるかに高速化が図られています。
エボニック社は、数十年にわたる材料の経験をこのパートナーシップに貢献しており、これは双方にとってメリットのある状況だと、新3Dプリンティング技術市場セグメントの責任者であるSylvia Monsheimer氏は述べています。"我々がテストできる機械を持っていれば、我々は新しい材料を開発することができます。他の企業は、良い材料を持っていれば新しい機械を開発することができます。そして、マールにあるエボニックのアプリケーションテクノロジーセンターは、国際的な3Dプリンターシーンのためのショーケースとなっています。HPと3D Systemsのマシンに加え、ドイツの市場リーダーEOSとVoxeljet、スイスのSintratec、中国のTPMのマシンも展示されています。
このような深い理解は、様々な印刷プロセスのための新素材の開発に役立っているとMonsheimer氏は言います。"要件にもよりますが、新素材の開発には半年から2～3年、時にはそれ以上の期間が必要です」。数え切れないほどの用途に使用されているポリアミド12（PA12）は、多くの場合、その基礎となる材料であり、エボニックの材料開発者は添加剤を使用して新しい特性を付与しています。"例えば、難燃剤は、電気産業や航空宇宙産業の部品に適しています。また、材料が特に安定している場合には、例えばガラス粒子を組み込んでいます。
3D印刷のために攻撃的な材料
マールでは全く新しい材料の組み合わせも生まれています。エボニックは昨年、長鎖ポリアミドと短鎖ポリアミドの長所を組み合わせた高性能パウダーPA 613を発表しました。特に温度安定性が高く、強度がありながらも柔軟性があり、吸水性はほとんどありません。2018年には、1980年代に登場したINFINAM® TPAエラストマー（熱可塑性アミド）が、ほぼゴムのような粘り気のある物体の
印刷に使用できるパウダーの基礎となりました。
"エボニックほど多くの異なるパウダーの製造方法に頼ることができる企業は、世界でも他にありません」とモンズハイマー氏は言います。そして、まだできていない多くのことが、同社が2019年に購入した新しい生産技術によって可能になる：米国の新興企業Structured Polymersは、エボニックがそれまでできていたよりも多くの材料を粉砕することができるプロセスを開発した。この革新的な技術で製造された最初の素材である新しいコポリエステルパウダーINFINAM® TPCは、その最たる例です。
しかし、専門家たちは他の出発原料にも取り組みました。約2年前、エボニックはシンガポールに新しい研究ハブを開設し、処方の専門家がステレオリソグラフィー用の次世代フォトポリマーの開発に取り組んでいます。"ポリマーにはまだ未知の領域がたくさんあります。"私はここに入社して以来、『一社一工程』の原則から脱却したいと常に思っていました。今まさにそのような状況になっていることを大変嬉しく思っています。
エボニックのポリマー専門家は、添加剤の生産がどれほど早く工業的な足掛かりを得ることになろうとも、あらゆる新しいアプリケーションを一貫して克服しようと決意しています。それは、市場のダイナミクスを観察し、イノベーションを推進し、目標を定めた方法で早期に独自の専門知識を貢献することを意味します。エボニックは、プラントメーカーや3Dユーザーとの協力関係を、エンジニアリングプラスチックや高性能ポリマーの最もエキサイティングな未来の市場の一つへの扉を開くものと考えています。
ウェブサイトを見る: https://3d-printing.evonik.com/en