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フィラメント保管の注意点は何ですか？
フィラメント保管において、注意すべきポイントは「高温下での保管」「熱風循環」「水分吸着の防止」の3つです。
フィラメントが湿気を帯びると、3Dプリンターで作製した造形物の品質に悪影響を及ぼしてしまいます。
そこで、上記3つのポイントを兼ね備えた保管用品として「フィラメント収納乾燥台」がおすすめです。フィラメントの湿気を防げるうえ、3Dプリンターの操作時に便利な「可動式ラック」が採用されています。
フィラメントは乾燥保管しないといけませんか？
フィラメントは乾燥保管する必要があります。なぜなら、水分を吸収したフィラメントは品質が低下し、造形物の表面品質や機械的特性が低下するためです。
また、フィラメントの湿気を防ぐために、乾燥保管に加えて「高温状態での保管」や「熱風循環」も重要です。
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金属積層造形にはデメリットもあります。ここでは、主な3つのデメリットを解説します。
情報が少なく費用対効果が予測しにくい
2022年現在、金属3Dプリンタを導入済みの企業はそれほど多くありません。
そのため、技術の用途や、初期費用の回収見込みの予想が難しい側面があります。
また、金属積層造形は、樹脂による造形に比べると導入・維持にかかるコストが割高です。
費用対効果の不透明さから、多くの企業では金属3Dプリンタを試作だけにしか利用できていません。
試作は3Dプリンタを活用し、生産は従来製法という形式が一般的です。
造形方式に合わせた知識が必要になる
先述したように、金属積層造形には複数の方式があります。
それぞれの造形方式によって強みが異なるため、金属積層造形に詳しい人材がいない場合は方式選定から迷いかねません。
また、造形形状の設計や金属3Dプリンタ設定を理解できなければ装置の運用が難航します。
大量生産に向かない
パウダーヘッド方式のように、金属3Dプリンタには造形に時間がかかるものも少なくありません。
また、組み付ける部品の場合は、ほぼすべての場合で別途加工が必要となります。
生産スピードと精度がネックとなり、金属3Dプリンタを大量生産に利用しているのは、現時点では一部の企業のみです。
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金属粉末を用いる金属3Dプリンタには、さまざまな方式があります。ここでは、それぞれの方式の特徴をくわしく解説します。
パウダーベッド方式
パウダーベッド方式とは、金属粉末を敷き詰めて熱源を照射し、金属の溶融凝固を繰り返して設計した形状を造形する方式です。
造形を終えたあとは、固まっていない粉末を取り除く工程が必要です。
パウダーベッド方式には、レーザービーム方式と電子ビーム方式があります。
それぞれの特徴について、以下で解説します。
レーザービーム方式
レーザービーム熱源方式とは、金属粉末を敷き詰めてレーザービームを照射し、溶融と凝固によって造形物を作る方式です。
最も一般的な方式であり、多くの金属3Dプリンタで採用されています。
レーザービーム方式は、SLM方式やSLS方式とよばれる場合もあります。
電子ビーム方式
電子ビーム方式とは、金属粉末を敷き詰めて電子ビームを照射し、その熱で金属粉末を溶融凝固し、設計した形状を造形する方式です。
レーザービーム方式では不活性雰囲気中で溶融や凝固が生じるのに対し、
電子ビーム方式では高真空中で溶融凝固させるため、より酸化を抑制した製品が作成できます。
レーザービーム方式
レーザービーム方式とは、レーザービームを照射して金属基材を溶融させ形成した溶融池に、金属粉末を連続供給して凝固する方式です。
ノズルやステージを移動させ、造形する仕組みになっています。
金属粉末の供給経路を切り替えれば、異なる種類の金属も使用可能です。また、速い速度で造形できるという特徴もあります。
メタルデポジション方式
メタルデポジション方式とは、溶融した金属基材に連続的に材料を供給し、金属を盛り上げて造形する方式です。
パウダーヘッド方式と比較すると、高速で造形物を作成できるというメリットがあります。
ただし、形状の精度が低いという特徴もあるため、使い分けが必要です。
メタルデポジション方式には、レーザービーム方式やアーク放電方式があります。
このうち、金属粉末を使用するのはレーザービーム方式です。
バインダージェット方式
バインダージェット方式とは、敷き詰めた金属粉末の固めたい箇所のみに結合剤を噴射してグリーン体を作成させた後、
脱脂焼成して金属成形物を得る方式です。結合剤は液体であり、バインダーとよばれています。
結合剤は材料に含めるのではなく、別途噴射する点が大きなポイントです。
バインダージェット方式は、造形速度が速いというメリットがあります。
また、金属粉末の層によって全体が支えられているため、サポート材も必要ありません。
複雑な形状にも対応できます。
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3Dプリンタの造形方式にはさまざまなものがあります。以下でそれぞれ解説します。
パウダーベッド方式
パウダーベッド方式は、敷き詰めた金属粉末にレーザービームや電子ビームなどを照射し、造形部分の金属だけを溶かして固める方式です。
造形精度が高いため、金属3Dプリンタに最もよく採用されています。ただし、造形が終わるまでにかかる時間は長めです。
メタルデポジッション方式（指向性エネルギー堆積法）
メタルデポジッション方式（指向性エネルギー堆積法）は、金属粉末とレーザービームを同時に出し、
溶けた金属を造形部分に積層して凝固させる方式です。大型の造形物も簡単に生産できます。
ただし、パウダーベッド方式と比べると、造形の形状には制限があります。精度も落ちるため、注意が必要です。
バインダージェット方式
バインダージェット方式は、敷き詰めた金属粉末に液体のバインダーを噴射して固める方式です。
サポート材を用意する必要がなく、形状が複雑な造形でも対応できます。
造形が終わるまでの時間は短いです。ただし、脱脂や焼結などの工程もあるため、他の方法と比較すると手間がかかります。
熱溶解積層（FDM）方式
熱溶解積層（FDM）方式は、一般的に樹脂の3Dプリンタで採用されている方式です。
金属を熱溶解積層（FDM）方式で造形する場合は、バインダーである熱可塑性樹脂材料を抜き取る工程が必要になります。
熱溶解積層（FDM）方式のプリンタは安価ですが、金属の密度や収縮率が低くなる点に注意しましょう。
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モータードライバは、マイコンなどのコンピュータの制御部から指示を受け、モーターを駆動、制御するための半導体デバイスです。
モーターを回転、駆動させるタイミング、速度を制御するためにはマイコンは必要なデバイスですが、マイコンが有する入出力ポートからは、モーターを直接回転、駆動できるようなドライブ能力がないことがほとんどです。
この場合、マイコンとモーターの間で制御するための信号をモータードライバが代わりに行うことでモーターを駆動することが可能になります。
モーターの中では電磁石は固定されているため、コイルに流す電流の向きを変えることで、電磁石の極性がきまり、「引き合う・反発する」を決めることができます。
モータードライバより信号を受け取ったモーターは、各電磁石の極性を変えて、モーターを動かします。
モータードライバを使うメリットとして、豊富なオンチップ保護機能やマイコン制御ソフトウェアの作成工数の短縮、部品点数を削減し基板実装面積の最小化し、簡単にモーター駆動を実現することが可能になります。
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