Castle on a pencil tip via nano-scale 3D-printing

マイクロサイズの金属3Dプリンタ Exaddon ceres

 
参考リンク１：Exaddon Ceres

Voxelab Aquilaシリーズ徹底比較!(ネット記事)

 ネットで Voxelab Aquilaシリーズの比較が出ていた。各モデルの違いは、ぱっと見、分かりにくいので良い記事だと思う。ちなみにVoxelabはFlashforgeのサブブランド。

（上記画像はネット記事からの引用）

参考リンク：【格安】Voxelab Aquilaシリーズ徹底比較！【X3/X2/S3/S2/C2/Pro】

Adventurer3Xのエアチューブジョイント摩耗

 3Dプリンタを使っているときに、フィラメントガイドのエアチューブが抜ける事例が発生。エアチューブの先端が摩耗していたので、端を少し切ってつないでみたが駄目だった。

部品を購入して、変えないといけないらしい。

参考リンク：【Adventurer3】フィラメントの押出時、ガイドチューブが抜けてしまう

フラッシュフォージの設定

 フラッシュフォージの設定（インフィル見せる場合）

「モデル内の充填率」の項目を選ぶ。

上面積層数を0にする。（デフォルトは4）

底面積層数を0にする。（デフォルトは3）

充填率を調整。（デフォルトは15%）

モデル内部充填パターンを「3Dインフィル」にする

voxelab aquila pro 購入

voxelaboの3Dプリンタ購入。

テストモデルをプリントしたところ、ノズルの温度を200から210℃に、ベッドを60から65℃に上げるときれいに印刷できた。しかも、ラフトは使ったが、サポートは使わずに印刷できた。標準の200℃、60℃だとフィラメントがベッドにくっつかなかった。

AlibabaにSiterit Lisaで使えそうなPA12粉末が売っていた。

 AlibabaにSiterit Lisaで使えそうなPA12粉末が売っていた。商品名：「PA12slsパウダーナイロン3D印刷用polyamide12パウダーslsナイロン3Dプリントホワイト/ブラックsinterit lisa/sintratec用」

背景にsinterit lisaが映っている。

参考リンク：PA12slsパウダーナイロン3D印刷用polyamide12パウダーslsナイロン3Dプリントホワイト/ブラックsinterit lisa/sintratec用

FDM金属3Dプリンタ用の焼結炉

 京都のデンケン・ハイデンタルという会社が作っているマッフル炉にガス置換と排気ダクトのオプションをつけたら、MIM焼結炉代わりに使えそう。

PEEKを造形できるFDM 3Dプリンタ

 Creatbot PEEK-300

Freeの3Dプリンタソフトウェア

 Freeで使えるとされる3Dプリンタソフトウェア

Cura:Ultimaker製

Creality 3D CR-30 連続方式の3Dプリンタ

斜め45度方向に造形できるため、エンドレスに生産できる。

 Creality 3D CR-30 3Dプリンター

Youtubeでの動画

国内販売先

AutoDesk Meshmixer

 3Dプリンタ用のスライスソフトにおいてホールエラーで読み込めない場合は、AutoDesk Meshmixerを使ってホールを埋めてやればよい。

 

Meshmixer立ち上げ後、「検証」コマンド を使う。

ちなみに右上から使う3Dプリンタを選ぶことができる。

 

 

FDM金属3Dプリンタの参考書

 SLS方式、FDM方式、両方含めて金属3Dプリンタの良い教科書はなかなかないが、FDMについえはMIM(金属射出成形)に関する「Handbook of Metal Injection Molding」（Elsevier）が参考になる。

 高額な論文購読料について悪名高いElsevierですが、良い教科書も出してくれています。

 

参考リンク

Handbook of Metal Injection Molding

FDM方式の金属3Dプリンタ

 FDM方式(Fused Depostion Modeling 熱融解積層方式)の金属3Dプリンタメーカー

・Desktop Metal社

　創業者： Ric Fulop

　創業年： 2015 

　主力商品：Studio System

　国内価格：4000万円程度（推定）

　構成：プリンタ、デバインダー、焼結炉

・Markforged社

　創業者： Greg Mark

　創業年： 2013

　主力商品：Metal X

　国内価格：3000万円程度（推定）

　構成：プリンタ、デバインダー、焼結炉

 

3Dプリンタ関連の拡張子

3Dプリンタ関連で使われることの多いファイル拡張子

dxf: AutoDesk AutoCADの標準ファイル。Drawing Exchange Formatの略。

dwg:AutoDesk AutoCADの標準ファイル

f3d: AutoDeskのFusion 360に使われるファイル形式

fpp:フラッシュプリント。フラッシュフォージのソフトウェア FlashXPrint用。

stl:3Dプリンタ用のソフトに渡してやるときに一番使うファイル形式。Standard　Triangulated Languageの略

 

リアメカを3Dプリンタしようとするも・・・

 GrabCADからリアメカのデータをダウンロードしてみた。

データがSTLではないので、Fusion360を使ってSTLにエクスポートする。

Fusion360の場合、いったんクラウドにアップロードしてから、エクスポートするときにファイル形式を選ぶ。

 STLファイルをsinterit studio 2019で読み込んだところ、エラーがでた。「モデルに穴が開いている」とのことだった。

 

文献紹介：令和元年度 特許出願技術動向調査 結果概要 3Dプリンタ

題名：令和元年度　特許出願技術動向調査　結果概要　3Dプリンタ

著者：特許庁

公開日：2020.4 

 

図１：技術俯瞰図（全体工程構成）

図２：技術俯瞰図（詳細要素技術と応用産業）

図３：3Dプリンタ関連の世界市場規模。調査会社IDC調べ、2016年6月のCMCリサーチをベースに2019年版の情報を基にNSRIが作成。本文中では3Dプリンタ本体と材料で市場の2/3を占め、今後は材料が伸びていくと予測されている。

3Dプリンタの世界シェア（出典：セカプリ　2017.01.04「アメリカの市場調査会社が2016年のデスクトップ３Dプリンタの出荷台数が27%増加と発表」）

・パーソナルタイプのデスクトップ型　1位：XYZプリンティング（台湾）22%　2位：ウルチメーカ（オランダ）9%　3位：M3D（米国）7%　4位：フラッシュフォージ　6%（中国）

 ・工業用ハイエンドのデスクトップ型　1位：Stratasys Ltd.（米国）35%　2位：EOS GmbH（ドイツ）19%　3位：3D Systems（米国）10%　4位：SLM Solutions（ドイツ）6%　5位：Concept Laser（ドイツ、現GE）5%

リンク元に当たってみたところ、アメリカの市場調査会社コンテクストによる調査で、2016年の3Dプリンタの全世界出荷台数が217,073台でそのうち96%がパーソナルタイプ、残りの7,726台が工業用ハイエンド機種とのこと。個人的には2020年の報告に載せるにはデータが古すぎるのと、2020年現在では台数も増え、特に中国製のものが増えているのではないかと思う。

図８：出願先・地域別-出願人国籍・地域別出願件数収支（2012 - 2017 合計32,500件）

 

図９：出願人・地域別ファミリー件数（課題に関するもの）　日米欧は「造形物の特性向上」に関するものが多く、中国は「生産性・形状」に関するものが多い。

 

 

図１０：出願人国籍・地域別ファミリー件数（当該特許の主たる技術内容に関するもの）

図11：出願人国籍・地域別ファミリー件数（不可製造材料に関するもの）

図12：出願人国籍・地域別ファミリー件数（付加製造方式に関するもの）

 

 

図13：出願人国籍・地域別ファミリー件数（造形対象に関するもの）

図14：出願人国籍・地域別ファミリー件数（データ形式等に関するもの）

 

図14：出願人国籍・地域別ファミリー件数（設計に関するもの）

文献紹介：Effect of PA12 powder reuse on coalescence behaviour and microstructure of SLS parts

題名：Effect of PA12 powder reuse on coalescence behaviour and microstructure of SLS parts

著者：Sasan Dadbakhsh, et. al.,

DOI：dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2017.05.014

公開日： 2017.5.12

概要：PA12(polyamide12)はSLS法による3Dプリンタの材料として用いられ、また、使用後材料(aged)も新規材料(virgin)と混ぜて再使用される。そこで、virgin, aged, mixed(virgin+aged)の材料を用いた3Dプリント品について試験を行い、比較した。

試料：PA12 powder grade (PA2200, EOS GmgH)

virgin

aged(during the SLS process)

aged-virgin mixture (50:50)

・試験結果

図１：virginとagedのPA12パウダーの電子顕微鏡写真

 

 

図6：パウダー同士の癒着を示す写真。ホットステージに載せて温度を変化させながら撮影

 

図9：SLSで造形した後の表面SEM写真

 図10：3Dプリンタ造形物の引張試験結果

 

 

文献紹介：PA12 Powder Recycled from SLS for FDM

題名： PA12 Powder Recycled from SLS for FDM

著者：Li Feng, et al.,

DOI:doi:10.3390/polym11040727

公開日： 2019.4.22

概要：SLSで利用したポリアミド12(PA12)でFDM用のフィラメントを作製し、造形した。その造形品について物性を測定した。

 

・実験試料

リサイクルパウダー：SLS使用済みのPA12を60℃で3時間乾燥させたもの

フレッシュペレット

リサイクルパウダーを原料とするペレット

これらの原料から押し出して、フィラメントを作り、FDMの3Dプリンタ（MAGIC-L,　Dongguan Yimai Intelligent Technology Co., Ltd）で造形した。

 

・試験方法

機械的性質試験

ビカット軟化温度試験：ZWK1302-A (MTS Industrial Systems)

電子顕微鏡観察：加速電圧15kV, フィールドエミッション法

X線回折：Cu Kα線（40kV, 30mA）3°/min

・試験結果

省略

フレッシュパウダーで3Dプリンティングしたもの（Fig.2）とリサイクルパウダーで3Dプリンティングしたもの（Fig.3）
 

 

・まとめ

リサイクルパウダーによるフィラメントはフレッシュペレットによるものとは（劣るものの）それほど性能は変わらない。コストのことを考慮すると、使用することができる。

文献紹介:Comparison of Stainless Steel 316L Parts Made by FDM-and SLM-Based Additive Manufacturing Processes

 金属3Dプリンタに関する論文を読んだので、その記録。

題名： Comparison of Stainless Steel 316L Parts Made by FDM-and SLM-Based Additive Manufacturing Processes

著者：HAIJUN CONG, et. al.,

DOI：doi.org/10.1007/s11837-018-3207-3

公開日：2018.11.02

概要：SLMとFDM法を使って試験片(SS316L)を作製し、強度試験や寸法精度などの比較を行った。

 

・試験試料

SLM法：3Dプリンタとしては「Farsoon FS271M」を使用し、材料としては「METCOADD 316L-A」を使用した。

FDM法 ：3Dプリンタとしては「Flashforge Dreamer」を使用し、材料としては「BASF Ultrafuse 316LX」を使用した。

・試験装置

密度及び空隙率：AccuPyc 1340 gas pycnometer

光学顕微鏡観察：Olympus BX53M

引張試験：Instron 50-KN

硬度試験：ロックウェル試験機（Bスケール） 

収縮率(FDM)：SolidWorksで作製したモデルと比較

表面粗さ測定：Keyence VR-3000 3D

・試験結果

密度：FDMは7.88g/cm3、SLMとAISI type 316L（比較のためのバルク材料）は8g/cm3であり、空隙に率に直すと、FDMは1.5%、SLMとAISIは空隙なしとなる。

 

光学顕微鏡観察(論文 Fig3から引用)

左側(a)がFDM、右側(b)がSLMによるもの。FDMによるものは等方的であるが、SLMは層状になっている。これより、FDMの方が延性、展性に富むと推察することができる。

 

引張及び硬さ試験(論文Table1及びFig.4から引用)

 引張特性について、BulkのAISI type SS 316L(熱処理済)と比較して、FDMによるものは低く、SLMによるものは高い。また、FDMについてその空隙率のせいで破断時の伸びがAISIに比べて小さくなっている。このような変化は、欠陥（dislocation）が起点となるので、それがないSLMは降伏強度が大きくなっている。硬さ試験(HRB)については、FDMはAISIより低く、SLMはAISIより僅かに高い、つまり同等の硬さが示されている。

・まとめ

Ultrafuse 316LXフィラメントを使って、FDMによる3Dプリンティング造形品を作って、SLM品と比較した。光学顕微鏡観察によって、FDM品が等方的な構造をしていることが分かった。また、AISI品やSLM品と引張特性について比較した。これらの結果から、SLM品ほど厳しい品質を要求されない場合はFDMによる生産はコスト的に有効な方法である。