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Jun 14, 2023

プラスチックを 3D プリントする便利な方法

L'uso della plastica per la produzione di massa affonda le sue radici negli anni '60 dell'Ottocento, quando John

大量生産のためのプラスチックの使用のルーツは、1860 年代、ニューヨーク州アルバニーの印刷業者、ジョン ウェスリー ハイアットに遡ります。 ハイアットは、ビリヤードのボールを作る別の方法を思いついた人に1万ドルの賞金を出すという申し出に応じていた。当時、ボールは象牙から彫られており、品薄になりつつあった。 彼の解決策は、セルロイドと呼ばれる溶融した合成プラスチックを型に注入して成形することでした。

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ハイアットは一度も受賞したことがないようだが、彼が発明した射出成形というプロセスは、ほとんどのプラスチック製品の製造方法となった。 少なくとも、一般に 3D プリンティングとして知られる積層造形が 1980 年代初頭に登場するまではそうでした。 プラスチックに物を印刷できる機械はますます高性能になり、玩具から医療用インプラント、自動車、ドローン、航空機の部品に至るまで、さまざまな物体を製造しています。

さらなる進歩が現在進行中です。 スペインの 3D プリンターメーカーである bcn3d Technologies は、粘性リソグラフィー製造 (vlm) と呼ばれる新しい形式のプラスチック印刷を開発しました。 bcn3d は、このアイデアを試すことに熱心だと言われていた当初 500 社から、自動車製造、エレクトロニクス、エンジニアリングなどの業界の大手メーカー 20 社までその数を絞り込みました。 これらは現在、バルセロナにある同社の拠点で潜在的なアプリケーションに取り組んでいます。 計画では、プリンターが2024年に一般販売される前に、来年初めに世界中の工場にvlmマシンを設置する予定だ。

3D プリンターはいくつかの方法でプラスチック オブジェクトを作成できます。 広く使用されている技術の 1 つは、いわゆるビルド プレート上で溶融ポリマーのラインをトレースする押出ヘッドを使用します。 最初のレイヤーが完了したら、プレートは少し下に移動し、最初のレイヤーの上に 2 番目のレイヤーが追加されます。 最近の機械は、紫外線 (uv) 光のパターンを感光性液体樹脂の容器に投影し、オブジェクトの作成に必要な層を硬化および固化します。 その後、ビルド プレートがオブジェクトをバットから着実に引き出します。

vlm はいわばこの 2 番目のアプローチに基づいて構築していますが、プロセスは逆さまのスクリーン プリンターのように機能します。 このマシンは、ビルド プレートの両側に 1 つずつある、一対の液体樹脂リザーバーで構成されています。 これらすべての上には、前後に往復する透明なスクリーンがあります。 スクリーンの片面がリザーバーの上にあるとき、ローラーがその下面を樹脂の薄いフィルムでコーティングします。 同時に、第 2 リザーバーですでにコーティングされているスクリーンの隣接する側がビルド プレート上に配置されます。

次に、プレートが上昇して、スクリーンのこの部分の樹脂フィルムと接触します。 LCD からの UV 光のパターンがスクリーンの上から投影され、特定の領域の樹脂が硬化し、完全な層をワンショットで固化させることができます。 ビルド プレートを下げると、この層が剥がされます。 その後、スクリーンの剥がされた部分はリザーバーに戻り、そこで未使用の樹脂が回収されて再利用され、新しくコーティングされたスクリーンの反対側には同じ UV 硬化と剥がしのプロセスが施されます。 そして、オブジェクトが完成するまで、このプロセスが前後に続きます。

樹脂に印刷する利点の 1 つは、精細な高品質のプラスチック部品を製造できることです。 欠点は、脆くなる可能性があることです。 強度を向上させたり、柔軟性を加えたりするために、樹脂に追加の材料を混合することが可能です。 ただし、ケーキに材料を追加すると混合物が濃くなり、樹脂のプリントが困難になる場合があります。 しかし、vlm プロセスはこれに対処できます。なぜなら、同社の最高技術責任者であるエリック・パラレス氏が説明するように、vlm プロセスは最初からより厚い樹脂を使用するように設計されているからです。

2 つのリザーバーには異なる樹脂を充填することもできるため、より複雑な構造が可能になります。 これにより、たとえば、硬いスイッチにソフトタッチの表面を追加できるようになります。 強度は、以前に印刷されたオブジェクトの細断された残りから作られた充填材を混合することによって達成できます。 あるいは、建設中に繊細な構造をサポートするために可溶性の材料を印刷し、その後これらのサポートを洗い流すこともできます。 現時点では、サポート構造は多くの場合、手作業で骨を折って追加したり削除したりする必要があります。

これまでのところ、vlm は他のほとんどのプラスチック印刷形式よりもおよそ 10 倍速く製造できることが証明されている、とパラレス氏は主張します。 また、生成できるオブジェクトのサイズは、各レイヤーの画像を投影するために使用される液晶ディスプレイのサイズによってのみ制限されます。 金属を印刷するために異なるプロセスを使用するものを含む、ほとんどの 3D プリンターと同様に、vlm は射出成形などの従来の製造方法では製造が困難または不可能な複雑な構造を作成できます。

また、射出成形は、精密に設計された金型の製造に数十万ドルの費用がかかるため、少量生産の場合には非経済的です。 これらの金型を使用して大量のものを製造する場合は問題ありませんが、少量のバッチではコストが法外に高くなります。

ただし、3D プリンターはソフトウェア上で動作するため、物理的な金型よりも交換が簡単かつ安価であるため、積層造形は少量生産で成功します。 安価で陽気なプラスチック製品を何百万も作るという点では、ハイアットの発明はしばらくその優位性を維持する可能性が高い。 より多くのオーダーメイド品については、積層造形はますます改良されています。 ■

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この記事は、印刷版のサイエンス＆テクノロジーセクションに「Gooey getting on」という見出しで掲載されました。

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