RP(ラピッドプロト)を中心とした、技術系に関する様々な分野のRP技術よもやま話。
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RP(ラピッドプロト)を中心とした技術系よもやま話

 粉体(粉末)造形(SLS)って何?なぜ粉体(粉末)造形(SLS)を推進するのか粉体(粉末)造形(SLS)は精度が悪い?
粉体造形(SLS)って何??
 
 私どもも、ラピッドプロトで試作品を製作していますが、お客様から電話で注文があった時に「光造形で頼みますね」と依頼されることがよくあります。この場合お客様は、液体樹脂を紫外線硬化させる元来の光造形を言われている時もありますし、そうでない時もあります。

 そこで私が「粉体造形ですか?それとも紫外線硬化ですか?」と問い直しますと、「エーエム開発さんの白い粉のやつね」と返事をいただき、やっと粉体(粉末)造形を考えていらっしゃたんだなと判断できるという具合です。

 とまあ、以上は一例ですが。このようにラピッドプロト(積層造形)の世界では工法の名称が非常に曖昧な部分があるわけです。そこで、ここでは何種類もある積層造形工法についてその相違点も含めて書いてみたいと思います。

RP(ラピッドプロトタイピング又はラピッドプロト)

 まずは、大括りとして、RP(ラピッドプロトタイピング・ラピッドプロト)とは一体なんなのかという点について 私なりの見解を述べてみましょう。
 単純に日本語化すれば「素早く試作品を製作する工法」となってしまいます。ただこれですと工具で切削する(被切削物は様々)・板を曲げるなどなどの従来工法であっても、なんらかの工夫を加えて素早く加工できればRPであるということになってしまいます。現にマシニングセンターに割り出し機を付加してRPと銘打っていたメーカーさんもありました。(今は見かけませんが)
 しかし、削るのでも無く曲げるのでもない工法つまり積み重ねることを繰り返して物を作ることをを基本とした工法全般をRP(ラピッドプロトタイピング・ラピッドプロト)と総称していると理解して間違いは無いと考えています。
 となるともうそろそろプロトタイピングという言葉ははずさなくてはならない時期かなとも思います。なぜならば、試作品を製作するためだけに積層造形はあるのではないのですから、しかしこの点についてはまた機会を改めて言及します。
 実際に現在使用されているラピッドプロトマシンの100%が、何かをその断面形状にして高さ方向に積み重ねることを繰り返すことによって、任意の形状を作り出すことを基本メカニズムとしています。でも積み重ねて形状を作るって、決して新しい物ではないですよね、それは縄文式土器と原理は同じですから・・・。
 それはさておき、各々のマシンの違いは何で断面形状にするのかと、何でその下の層と一体化させるのかで区別できます。
 では以下に代表的な積層造形工法を何種類かご紹介します。

光造形(SLA・ステレオリソグラフィー)
 RP(ラピッドプロトタイピング又はラピッドプロト)の中では、最も早くから開発された工法です。おおまかな原理は、紫外線硬化反応材を加えた液体樹脂を蓄えた層があり、この液層の最上部の表層を紫外線で1層分の断面形状に硬化させ、硬化が完了した時点で、硬化物を1層分の高さ下降させ、硬化物の上部に現れた次の層に相当する液体を次の層の形状に従って紫外線硬化させる。これを繰り返すことによって、最終形状を得る。――ということになります。
 RP(ラピッドプロトタイピング又はラピッドプロト)の世界でこれが最も早い時期に実現化したこともあり、RP(ラピッドプロトタイピング又はラピッドプロト)=光造形という誤った認識も生み出しています。 特に日本においてその傾向が強いのですが、これは早い時期に日本で光造形機メーカーが乱立した事もその一因でしょう。しかし光造形=RP(ラピッドプロトタイピング又はラピッドプロト)という誤解がRP(ラピッドプロトタイピング又はラピッドプロト)=脆くて使い物にならないという誤ったイメージを与えてしまっていることも事実です。この事については また別の機会に言及します。

シート積層造形
 薄厚シート(これは紙もあれば樹脂シート昨今はアルミ箔もありますが)をレーザーナイフやカッターナイフで層分の形状に切り抜き積層するものです。
 シート間には接着層が必要であり、また接着させるために層間を押し付けるメカニズムも必要です。

FDM(溶融樹脂積層)
 フィラメント状に巻かれた樹脂の細紐が素材となり、XY方向に可動する溶融部で溶融されつつ押し出された樹脂の細紐を押し付けて1層の形状を描き、また次の層をその上に押し付けて描く事を繰り返して最終形状を得るものです。
 USAでは非常に良く使われており、昨今では光造形(SLA・ステレオリソグラフィー)を凌駕する勢いで販売台数を伸ばしていますが、日本ではそれほどの勢力とはなっていないようです。

3Dプリンター
 小型の機械でオフィスにも設置できるように設計されており、主に設計者やデザイナーがあたかも紙プリンターで出力するように立体物を出力できるという意味で、3Dプリンターという分野があります。
 あくまでも簡便にと言うことに主眼が置かれているので、得られる造形物には犠牲としている点も多いのですが、マシンによっては非常に優れた利点を有するものもあります。
 これについても、別の機会に詳しく述べたいと思います。

粉体造形(粉末積層造形)
 これもややこしいことに大きく分けて2種類に分別されます。それは粉末を熱で溶融(焼結)させるのか、粉末を接着させるのかで分けられるます。

粉体固着積層造形
 粉末(澱粉粉末石膏粉末樹脂粉末)を槽に敷きつめて、その最上層部にインクジェットノズルで水溶性接着材を層分の形状に従って噴射し固化させます。
 固化の後1層分槽が下降し、次の層分の新たな粉末が敷きつめられ、次の層の形状を同様に固化させることを繰り返して最終形状を得ます。
 この工法は、発表当初は素材が原因して非常に脆く、表面粗度も荒いものしかできませんでしたが、近年では大幅な改良が加えられています。
粉体焼結積層造形(SLS:Selective Laser Sintering)
 弊社が行っている粉体造形がこれであり、つまり始めに述べた「エーエム開発さんの白い粉のやつね」というのが粉体焼結積層造形です。
 上記の粉体固着積層造形との大きな違いは、粉末を溶融又は焼結させるということです。
ということは、熱源が必要となりますが、それは炭酸ガスレーザーやYAGレーザーを使用しています。素材としては、金属系・エンジニアプラスチック系・エラストマー系・鋳造砂など広範囲にわたります。つまり、溶融し再固化するものであれば素材候補になりうるという大きな利点があります。
 特にエンジニアプラスチック系の造形物は、金型で成型したものに非常に近い物性を得ることが出来、他の工法の追随を許さないといっても過言ではありません。
 弊社ではその将来性を評価して、1998年に国内試作メーカーとしては最も早く導入し、現在は2台を可動させています。

 以上、非常に大まかに述べてみましたが、実際ややこしいことはなはだしいですよね。さらにここに上げた名称は工法別の名称であり、それぞれ装置製造メーカーが複数あり、マシン名称も色々となるのですから、エンドユーザー様にとっては何がなにやら区別がつかないということもあるでしょう。
 RP(ラピッドプロトタイピング又はラピッドプロト)の世界は様変わりする速度が非常に速く、この十数年の間にも既に姿を消したマシン・メーカーもあり、また今後も新規な物が発表されることでしょう。
 粉体造形(SLS)って何??なぜ粉体造形(SLS)を推進するのか?粉体造形(SLS)は精度が悪い?
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