銅製部品を数分で製造 - ドロテ・キッター

技術的な課題から、銅はこれまで3Dプリントにはあまり適していなかった。新しいプロセスが開発されれば、それも変わるかもしれない。

硬貨や装飾品の原型から今日の電子機器製造に至るまで、銅は長寿命で腐食性がないだけでなく、依然として人気のある素材です。また、銅は最も優れた電力伝導体のひとつであり、建物の電気配線や電気モーターの巻線の中心に使われています。あまり知られていませんが、昆虫やウイルスから身を守る抗菌性があり、医療用としても使われています。

上記のようにさまざまな用途があるにもかかわらず、銅はますます重要性を増している分野である3Dプリンティングでは成功していない。これは通常の3Dプリンティングの手順が、レーザー溶接によるものだからです。このプロセスでは、コンピューター制御のもと、金属粉を溶かし合わせる。

銅に必要な新技術
しかし銅の場合、このプロセスは難しい。従来の赤外線ファイバー・レーザーに入射すると反射率が高いため、エネルギーの吸収が妨げられ、それによって溶融プロセスが妨げられる。加えて、銅の熱伝導率が最後の溶融浴からの熱を放散させるため、プロセスの効果が低下する。銅を加工できる方法はすでにあるが、まだ非常に高価なため、広く使われていない。フラウンホーファー研究所が開発した電子ビーム溶解やグリーン・レーザー・ビーム溶解などがそれである。

粒子の超音波分離
銅部品の積層造形で熱溶接に頼らない方法のひとつが、オーストラリアのSpee3d社のスーパーソニック3D蒸着（SP3D）技術だ。この印刷プロセスはロケットノズルによって行われ、粒子を3倍の超音速まで加速し、6軸ロボットアームにぶら下がるキャリア素材に付着させます。粒子の運動エネルギーによって金属は融合し、非常に高密度な物体になる。その冶金学的特性は、固体材料の約80～95%である。25～35ミクロンの金属粒子の塗布は、印刷プログラムが理想的と考える順序で、ほぼ層状に蒸着される。速度は20～100g/分です。

デザインの特徴
肉厚には設計上の制約があり、最低6mmの厚さが必要である。さらに、薄い穴や空洞はプリンターでの実装が困難であるため、機械による後処理の方が安価で短時間で実装できることが多い。他のアディティブ・プロセスと同様に、SP3Dでもサポート材を使用せずに45°までの傾斜が可能です。

CADデータ（STLまたはStep）の転送は、印刷プログラムへの読み込みと、その後の印刷プロセスへの変換によって行われます。ちなみに、このプログラムは印刷される要素をシミュレートするため、最終的に完成品がどのように見えるかをほぼ100%の精度で見ることができます。

銅はアルミニウムや他の素材と簡単に組み合わせることができるため、応用の可能性は多岐にわたります。そのため、エンジン部品から電気自動車や自律走行車用の高性能ヒートシンクまで、自動車分野など幅広い用途に適しています。(キ)

記事ドロテ・キッター
https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/kupferteile-in-wenigen-minuten-fertigen-a-710428/

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