Industrial Revolution with Inkjet !

先日、スペインの 3Dプリンタベンダー BCN3Dの最高技術責任者であるエリック・パラレス・ガルシア氏にインタビューを行い、同社の溶融フィラメント製造市場への取り組みについてお話を伺いました。

FFF方式は、最も古い 3Dプリント方式の一つで、熱可塑性材料のフィラメントをエクストルーダーヘッドに供給して加熱し、物体の層の一部として堆積させます。この方法はシンプルで、ほとんどの FFFプリンターは安価なデスクトップ機器ですが、BCN3Dはこの技術をより産業的な用途に使用しているいくつかのベンダーの 1つです。Pallarés氏は、同社が FFF方式にこだわる理由を次のように語ります。「これは当社のコア技術であり、全力で取り組んでいる技術です。もちろん、当社は技術をベースにした企業であり、他の技術も認識していますし、研究もしていますが、当社にとっては FFFが継続する道なのです」。

さらに彼はこうも言います。「私たちは、イノベーターがモノの作り方や世界の構築方法を変えられるようにしたいと考えていますが、超高価な装置を使った超ハイエンドのアプリケーションをターゲットにするのではなく、常に手頃な価格のソリューションから技術を提供しようとしています」。

BCN3Dは、2019年 3月に正式に独立した会社として設立されたばかりです。しかし、そのルーツはもう少し深く、もともとは 2011年に、カタロニア工科大学（UPC）の積層造形部門の一部である CIM-UPCテクノロジーセンター内の小さな研究グループとしてスタートしました。Pallarésは次のように説明します。「このテクノロジーセンターは、自動車産業が盛んなカタルーニャ地方の産業界に、ラピッドプロトタイピングのサービスを提供することを専門としています。テクノロジーセンターでは、シリコン型や SLA、SLSプロトタイプを求める産業界のパートナーや顧客との共同作業の経験がありました。そして、REP RAPというオープンな研究プロジェクトがあることを知り、それに協力することにしました。そうすると、テクノロジーセンターの施設を訪れたお客様から、多くの注目を集めることができました。」

当初、グループは DIYメーカーの市場に焦点を当てていましたが、安価な中国製モデルとの競争により、見直しを余儀なくされました。Pallarésは次のように述べています。「私たちの価値は安価なキットを提供することではなく、産業界のパートナーにソリューションとサポートを提供することにあると理解し、2015年に Sigmaを開発したのです」。

その後、Sigmaシリーズはいくつかの試行錯誤を繰り返してきました。現在の「Sigma D25」は小型のデスクトッププリンターで、現在 3,495ユーロで販売しています。420 × 300 × 200mmの造形容積を持ち、シリコンパッドを使用した加熱ベッドを搭載しています。

彼は続けます。「2019年、このプロジェクトはテクノロジーセンター内では意味がありませんでした。私たちは 35人で、新しいプロジェクトを開発するためにもっと多くの資金を投資したかったのですが、そのような非営利的な技術組織の中では持続不可能でした。」そこで、2019年に会社を独立させ、300万ドルのシード資金を拾って、販売マーケティングの体制を整え、エンジニアを増やしてプリンター技術の開発を続けることにしました。

2019年末には、Sigmaをベースにしつつ、より産業用途を想定した新しいプリンター「Epsilon」を発表しました。Epsilonの最大の特長は、より産業用途をターゲットとした FFFプリンターの特徴になりつつある密閉型で加熱されたビルドチャンバーです。Pallarésは次のように説明します。「ABSのような技術的な素材で成功を収めるためには、60℃前後の環境でプリントできる密閉型の造形室が非常に重要になります。また、プリントボリュームが大きいので、密閉されたチャンバーと制御された材料のおかげで、非常に大きなパーツを効率的にプリントすることができます」と述べています。

イプシロンの初代モデルは、2020年に 2つの新しいモデルに置き換えられました。Epsilon W27は 4,995ユーロで、Sigma D25と同じ 420 × 300 × 200mmの造形サイズです。今年の初めには、イプシロンの両モデルに、材料を最適な温度と湿度で保管するためのスマートキャビネットのオプションを導入しました（2,000ユーロ）。Pallarésは次のように述べています。「これは、ポリアミドや BVOH、BBA、TPUなど、水に強い素材を使ってプリントする場合に非常に重要なことです」。

BCN3Dプリンターの最大の特徴は、デュアルエクストルージョン（Idex）技術であることは間違いありません。「この技術は、少量生産のための非常に生産性の高いプラットフォームを提供し、材料の組み合わせやサポート材料の効率的な使用を可能にします。アイデックスの押出機を使うことで、材料を組み合わせる際の汎用性と信頼性が向上することは、はっきりと証明されていると思います」。

アイデックスの技術は、独立した 2つのエクストルーダーを使用することで、さまざまなオプションを実現しています。そのため、一方のエクストルーダーで造形物を敷き詰め、もう一方のエクストルーダーでサポート材を使用することができます。「材料を組み合わせることは、あまり一般的ではありません。イデックスのアーキテクチャーを発表した当初は、もっと重要になると思っていましたが、まだそこまでは至っていません。最終製品に適用するためには、材料の組み合わせをより信頼性の高いプロセスにする必要があります。現在、サポートを使用することが一般的になっていますが、特にジグやフィクスチャー、最終製品ではなくプロトタイピングのために使用しています。複雑な形状を持ち、最終部品を水に入れて支持構造の排除を忘れることができるという機能は、我々の顧客にとって非常に便利です。」

もちろん、2台のエクストルーダーは独立して動作するため、同じ造形物を搭載して複数のパーツを並べてプリントすることも可能で、装置全体の生産性を大きく向上させることができます。

BCN3Dでは、ユーザーが他社の材料を使用できるようにオープンなフィラメントシステムを採用していますが、BASF社や三菱化学と協力して、自社ブランドの材料も提供しています。Pallarésは次のように述べています。「お客様の中には、クローズドなソリューションや簡単なソリューションを求めている方もいて、試行錯誤のテストに時間をかけたくない方もいます。」

「さらに殆どの場合、BASF社の ABSや Polymaker社の ABSを使用することに問題はありませんが、完璧な結果を得るために、印刷プロファイルを微調整する必要がある場合もあります。このようなケースから得られるフィードバックは、私たちにとって非常に貴重なものです。なぜならば、それによって私たちは、より多くの材料について改善し、適切な製品サポートを受けることができるからです。時には、お客様が特殊なフィラメントやあまり一般的ではないフィラメントをテストしていることもあり、そこにチャンスがあることに気づき、研究や一般的なテストを始めることもあります」。さらに、「私たちは常により多くのソリューションを求めています。”私たちは常により多くのソリューションを求め、ニッチな用途でも高い付加価値を持つ特定の素材を提供しています」。

Pallarésは、PLAが最も一般的な素材であることを認めつつ、次のように述べています。「PLAは最も簡単で安価な素材ですが、私たちは最終用途向けに他の素材を採用しており、お客様には他の素材を試したり、安心して使っていただきたいと考えています。例えば、ポリアミドにカーボンファイバーを加えたものや、ポリプロピレンにグラスファイバーを加えた PPEなど、フレキシブルな素材やファイバー入りの素材への関心が高まっています。」

製造用途

BCNではこれまで、試作品を作る用途をターゲットにしてきましたが、パラレスは、市場が製造業にシフトしていると指摘します。「フィラメントプリンターでも、ユニークなデザインのものだけでなく、シリアル製品であっても、最終的に使用するパーツを得るための製造用途への関心が高まっています。私たちは、通常のフィラメントプリンターに比べて生産量が2倍になる、2つのツールヘッドで同時に印刷するという印刷ソリューションを提供しています。このように、生産性と最終製品へのシフトが明らかになっています」。

また、ジグやフィクスチャーのプリントにも関心が集まっているとのことです。「FFFは、短時間でプリントできる機能を提供し、多くの組立ラインや製造会社が行っているコストと時間の何分の一かで、より効率的な生産を可能にします。治具や固定具の用途に応じて、例えば、組み立て中の部品に接触する部品や治具には、傷がつかないように TPUを使用することがあります。また、部品を置いて圧力をかけたり、高温下で使用したりしても、治具が型崩れしないように、炭素繊維強化材のような非常に剛性の高い素材が使用されています。また、よりシンプルな組み立て作業には、PLAやリリースしたばかりのタフな PLAなど、印刷に適したシンプルな素材を使用しています。」

提供されている主なソフトウェアは BCN3D Curaで、標準的な Curaをベースに、Idexアーキテクチャなどの BCN3Dの機能を追加し、プリンタを BCN3Dクラウドに接続しています。パラレス氏は次のように説明しています。「BCN3Dクラウドは、世界のどこにいてもエコシステムにアクセスできるプラットフォームです。今後数年間で、クラウドがインダストリー 4.0革命の中心となり、モノがつながっていくと信じています。プリンターメーカーは一人ではありません。ERPやシミュレーション、IP保護など、業界にサービスを提供している他の企業と連携していきますが、そうした情報の流れはすべてクラウドを経由しています。ですから、BCN3Dにとって、今後数年のうちにクラウドの重要性が増すことは間違いありません」”

BCNでは、プリンターをネットワークでつなぐことへの関心が高まっています。当社のお客様の多くは、1台または 2台のプリンターをお持ちですが、柔軟性を持たせ、少量のエンドユースパーツの需要を満たすために、複数のプリンターを使ったプリンティングファームの導入に関心をお持ちの方が増えています」とパラレスは言います。「私たちは 6、7年前から印刷機に使用する部品を提供していますが、うまくいっています。フィラメントプリンターにプラスチック部品を装着することで、少量生産のアプリケーションに適したソリューションを提供することができます。市場が成長して成熟してくると、ある種の部品のために、人々は私たちの製品を使って小さな農場を持ち、シリアル製品を生産するようになってきました。これはまだ非常に小規模で、一般的ではありませんが、そのような用途が増えてきています」。今のところ、プリントファームを運営している人は、デバイス間の負荷のバランスを取ることができますが、パラレス氏は BCNがこれに取り組んでいることを「業界がそのようになると見ているからです」と述べています。

プリンターはクラウドに接続されているため、BCN3Dはプリンターの性能に関するフィードバックを収集し、全体的な信頼性の向上に役立てています。Pallarés氏によると、同社は主に、時間をかけて印刷の一貫性を向上させるための研究に注力しているとのことです。

さらに彼はこう付け加えます。「もちろん、我々の顧客は常に高速化を求めており、これは一般的な FFF技術の主な限界の 1つでもありますが、我々の顧客、少なくともプロフェッショナル向けのデスクトップやワークベンチの分野で FFF技術を使用している顧客は、最終パーツの信頼性と一貫性を求めていると言えるでしょう。例えば、5年前には、あるジョブを 10回プリントしようとすると、そのうち半分は失敗すると思われていましたが、今ではそんなことは認められません。パーツの形状やビルドプラットフォームへの配置によって、最終的にどのように見えるかが変わることを受け入れているのです。しかし、お客様は、材料のバッチやプリンターに関わらず、一貫性を求めるようになっています。だからこそ、印刷プロセスをコントロールし、完璧な結果を得るための最適な条件を確保するために、私たちはこのような取り組みを行っているのです。これは、一貫性を確保するための今後数年間の重要な側面の一つになると思います」。

Pallarés氏は、多くの地域で実施された様々なロックダウンの結果、3Dプリントの可能性をより多くの人々が認識するようになったことが良い結果につながったと述べています。「今や人々は理解し、業界外の人々も積層造形が現実世界の問題を解決し、すべてがアジアで製造されている中央集権的な世界で企業の競争力を高め、国が製造面で自立できる能力を取り戻すことができると認識しています。もちろん、これは長い道のりですが、視点を変えれば、人々の 3Dプリンティングに対する見方はポジティブなものになっていると思います」と述べています。

詳しい情報は bcn3d.comをご覧ください。

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