「バインダージェッティング」および「ドロップオンパウダー」または単に「3D印刷」（3DP）として様々に知られているパウダーベッドおよびインクジェット3D印刷は、デジタルデータで記述されたオブジェクトを作成するためのラピッドプロトタイピングおよび追加製造技術です。 CADファイル。
歴史
この技術は、1993年にマサチューセッツ工科大学で最初に開発され、1995年にZ Corporationは独占ライセンスを取得しました。用語「三次元印刷」は同じものによって商標登録されていた。
説明
他の多くの添加剤製造プロセスと同様に、印刷される部品は、3Dモデルの多くの薄い断面から構成されています。インクジェットプリントヘッドは粉末床を横切って移動し、液体結合材料を選択的に付着させる。薄い層の粉末を完成した部分に広げ、各層を最後に付着させてこの工程を繰り返す。
モデルが完成すると、非結合粉末は、「脱粉末」と呼ばれるプロセスで自動的かつ/または手動で除去され、ある程度再利用され得る。
粉砕されていない部分は、任意に、最終部分に所望される特性を生成するために、様々な浸透剤または他の処理を受けることができる。
技術
3D印刷では、ワークピースはレイヤーごとに構築されます。個々の層ごとに生成されるジオメトリを計算するために、3Dデータ（例えば、CADデータ）が使用される。 3D印刷では、粉末または顆粒層が高さ調節可能なテーブルに塗布され、ワークピースに属するポイントでバインダーによって接着される。これは、インクの代わりにバインダーを適用する従来のインクジェットプリンター、プリントヘッド使用と同様である。その後、テーブルを1層分だけ下降させ、新しい粉末層を塗布する。これは、工作物が完全に形成されるまで繰り返され、その後、周囲の粉末によって完全に隠される。その後、上澄み粉末をさらに使用するために戻し、加工物をプリンタから取り出し、粉末残渣を除去する。
したがって、プロセス原理は、金属粉末がレーザによって局所的に溶融される選択的レーザ溶融と同様である。
材料
最初の実施態様では、澱粉および石膏石膏が粉末床を充填し、液体の「結合剤」は石膏を活性化するための水である。バインダーはまた、染料（カラー印刷用）、および粘度、表面張力、および沸点を調整してプリントヘッドの仕様に適合させるための添加剤を含む。結果として生じる石膏部分は、典型的には「未焼成強度」がなく、通常の取り扱いの前に、溶融ワックス、シアノアクリレート接着剤、エポキシなどによる浸透を必要とする。
必ずしも従来のインクジェット技術を使用しているわけではないが、化学的または機械的手段によって物体を形成するために様々な他の粉末 – バインダーの組み合わせを展開することができる。結果として得られる部品は、その後、浸透またはベークアウトのような異なる後処理レジームに供され得る。これは、例えば、機械的結合剤を除去する（例えば、焼成する）こと、およびコア材料を（例えば、溶融により）固化させること、または粉末と結合剤の特性をブレンドした複合材料を形成することによって行うことができる。マテリアルに応じて、フルカラー印刷がオプションである場合とない場合があります。 2014年に、発明者および製造業者は、砂および炭酸カルシウム（合成大理石を形成する）、アクリル粉末およびシアノアクリレート、セラミック粉末および液体結合剤、砂糖および水（キャンディーを作るためのもの）などから物体を形成するためのシステムを開発した。 Grapheneの使用を取り入れた最初の市販製品は、パウダーベッドのインクジェットヘッドの3D印刷で使用される粉末複合材でした。
3D印刷技術は、単一ビルドにおいて材料特性を変える可能性が限られているが、一般的には、共通のコア材料の使用によって制限される。元のZ Corporationシステムでは、断面が一般的に固体のアウトライン（ソリッドシェルを形成する）と低密度の内部パターンで印刷され、印刷が高速化され、部品が硬化する際の寸法安定性が保証されます。
特性
3D印刷プロセスは、複数のプリントヘッドおよび着色バインダーの使用による体積色に加えて、所望の解像度で堆積および支持材料の100％を必要とする溶融堆積モデリング材料噴射などの他の添加物製造技術。 3D印刷では、複雑さにかかわらず、印刷された各層のバルクは、同じ急速拡散処理によって堆積される。
他のパウダーベッド技術の場合と同様に、ルーズパウダーは張り出し特徴および積み重ねられたまたは懸架された物体を支持するので、支持構造は一般的に必要ではない。プリントされた支持構造の排除は、構築時間および材料の使用を低減し、設備および後処理の両方を単純化することができる。しかし、脱パインディング自体は繊細で、厄介で、時間のかかる作業になる可能性があります。したがって、一部の機械は、脱粉末および粉末リサイクルを可能な範囲で自動化する。ステレオリソグラフィと同様に、ビルドボリューム全体が粉末で充填されているため、中空部分を排気する手段を設計に合わせなければなりません。
他のパウダー層プロセスと同様に、表面仕上げおよび精度、対象密度、および材料およびプロセス部分の強度に依存して、ステレオリソグラフィー（SLA）または選択的レーザー焼結（SLS）などの技術に劣る可能性がある。 「階段状」および非対称の寸法特性は、ほとんどの他の層状の製造プロセスのように3D印刷の特徴であるが、3D印刷材料は一般に、垂直方向と面内方向の解像度の差を最小にするように統合される。このプロセスはまた、ターゲット解像度でのレイヤーのラスタライズに適しています。これは、交差するソリッドや他のデータアーチファクトに対応できる高速なプロセスです。
パウダーベッドとインクジェット3Dプリンターの価格は一般的に5万ドルから2,000,000ドルですが、コンシューマーFDMプリンターをパウダー/インクジェットプリンターに変換するための800万ドルからの趣味のDIYキットがあります。
長所と短所
理論的には、結合剤に接着できる限り、すべての材料を使用することができる。特に、医薬品などの食品や温度に敏感な物質を処理することができる。さらに、単一の加工物内に異なるバインダを使用して、異なる機械的特性を有する領域を作成することが可能である。結合剤として、多数の物質を使用することができる。例えば、水、合成樹脂または生細胞に基づくものである。原理的には、粉末はすべての層で同一である必要はありません。
さらに、バインダージェッティングでは、レーザー焼結と同様に、製造プロセス中に粉末によって運ばれるため、支持材料は必要ありません。
しかしながら、3D印刷は非常に強力なワークピースを提供しない。特に、材料として金属を使用する場合、十分な強度を確保するために、その後、バインダからワークピースを取り出して焼結する必要があります。これにより収縮が起こり、最終的な形状を事前に設定することは困難ですが、これは基本的に十分な経験で管理できます。