Markforged Metal X とは|金属3Dプリンター受託造形サービスのことなら株式会社J・3D

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事業内容 Markforged Metal X とは
About Markforged Metal X
METAL X設置

Markforged社金属3Dプリンター「Metal X」を展示会で見かけることが多くなってきました。きっと興味をもった方も多いのだと思います。

しかし、展示会では「Metal X」の一部しかわかりません。その一部の情報から多くのお客様は誤解していることがわかりました。

株式会社J・3Dでも「Metal X」を設置しましたので、皆様が少しでも正しい知識を身につけていただけるように、良い面も悪い面もお伝えできれば思います。

Markforged Metal Xの長所と短所

工場見学等も実施しておりますので、聞いてみたい、見てみたい方も是非お気軽にお問い合わせください。

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金属3Dプリンター

価格が安くなった金属3Dプリンターとして、またオフィスにも置けるようなサイズとして注目を集めているMarkforged社の金属3Dプリンター「Metal X」。

装置のサイズもグンと小さくなり575×467×1120で75kgと非常に軽くてコンパクトですが、造形サイズは250×183××150とそこまで小さくありません。

プリント方式はカタログ上ではADAM(Atomic Diffusion Additive Manufacturing)と書かれていますが簡単に言えば、樹脂の3DプリンターにあるFDM方式と同じような造形方法になります。

樹脂のフィラメントの中に金属粉末が混じっており、ノズルの先端で樹脂を溶かしながら積層していきます。

造形品には当然樹脂が溶け込んだグリーンパーツと呼ばれるものになりますので、造形後樹脂を溶かす必要があります。(脱脂)

樹脂が抜けた後に焼結させるので、樹脂の隙間分は収縮しますので、あらかじめ造形サイズを20%大きくした状態で造形する必要があります。

それらの作業は付属されているソフトウエアーEiger(アイガー)内で行われますので、特に特別な作業が必要になるわけではありません。

電源は100V 20Aで動作しますので、どんな場所でも手軽に金属のプリントをすることが可能になります。

クラウド上に造形データーを上げるためネットワークが必要となります。

Markforged社金属3Dプリンター「Metal X」をご検討に皆様には是非工場見学などもしていただき、様々な情報をもって帰っていただきたいと思います。


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脱脂

前項でもお話したようにMarkforged社金属3Dプリンター「Metal X」では樹脂の中に金属粉末が入っており、ノズルの先端で樹脂を溶かしながら積層していきます。

ですから、造形品(グリーンパーツ)には樹脂が存在しておりそれを抜いてしまわないといけません。

それをWash(脱脂工程)と言います。

Washでは特別なフッ素系特殊溶剤、「Opteon SF79」という第一種有機溶剤を使用します。Wash設備内に32L必要になりますので20L缶3缶を用意しておくと良いでしょう。

Wash内部にフッ素系特殊溶剤、「Opteon SF79」を入れたらWash機の中に造形品(グリーンパーツ)を投入し時間をかけて樹脂を溶かし抜いていきます(基準時間12時間)。

その時重要になるのが造形後の造形品の重量を測定しておくことです。Wash後の造形品は再度重量を測定しその差分を把握します。

十分に樹脂が抜け落ちたことを確認(残留4.1%以上)できたら、次の工程、熱処理に移動します。

万が一樹脂の残量が多い場合はもう一度Washし4.1%以上になるまで続けます。

例1 造形品(グリーンパーツ)500g-Wash後造形品478g÷造形品(グリーンパーツ)500g×100=4.4% ◎

例2 造形品(グリーンパーツ)500g-Wash後造形品490g÷造形品(グリーンパーツ)500g×100=2% × 再度Washへ



「Opteon SF79」は第一種有機溶剤になりますので、取り扱いには資格が必要となりますし、ゴーグル、保護手袋、防毒マスクを装着し作業する必要があります。

また、環境上または労働安全上の次の法律を順守する必要があります。

・設備(有機則5条)
 作業場所に有機溶剤の蒸気の発生源を密閉する設備、または局所排気装置を設けなければならない。(写真)
・区分の表示(25条)
 第一種有機溶剤使用者は、有機溶剤の区分を作業者が容易に知ることが出来るよう、赤色をもって見やすい場所に表示しなければならない。
・作業環境の測定(28条)
 有機溶剤業務を行う屋内作業場においては6か月以内ごとに、定期的に空気中の濃度を測定しなければならない。
・健康診断(29条)
 作業者に対しては当該業務に配置替えの際、およびその後6か月ごとに1回、定期健康診断を行わなければならない。・
・計画の届け(37条)
 上記の発生源を密閉する設備、または局所排気装置を設置し、もしくは移転し、またはこれらの主要構造部を変更する場合は労働基準監督署長あてに計画の届け出をしなければならない。

更に詳しく知りたい方は労働安全衛生法の有機溶剤中毒予防規則をご参照ください。

また、有機溶剤を交換する際は、Wash設備の裏からドレンを使用して抜きます。抜いた古くなった有機溶剤は産業廃棄物になりますので、あらかじめ産業廃棄物業者を選定しておくとよいでしょう。

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SINTER

脱脂した造形品はSINTER(焼結炉)に入れ焼結し、最終的な高密度の金属パーツに仕上げます。

熱処理条件等は材質によって決まっていますので特別なノウハウなどは基本的には必要ありません。

焼結に必要な条件を確保できないときは自動的に停止します。


焼結炉は一度設置してしまうと、基本的には移設できない構造になっておりますので、慎重にレイアウトを考え配置し、レイアウト変更が無いようにすると良いでしょう。


脱脂工程が終了した造形品は非常にもろいので、持ち運びには最新の注意が必要です。

数量がある場合はトレーに乗せ安全に運ぶことが大事です。

また焼結の際にはアルゴン、水素の混合ガスを使用しますので、焼結炉付近に燃えそうなものは置かない、ガスの漏れのチェックは必ず行うなど徹底的に管理する必要があります。

アルゴン、水素の混合ガスは注文してから納品まで若干時間がかかりますので、予備ガスは必ず工場内に保管しましょう!



SINTER(小)のスペック
最大焼結サイズ 4,760 ㎤
内部サイズ[円筒形] 141 mm(内径) x  305 mm(内部全長)
本体サイズ[W,D,H] 1,067 mm x 505 mm x 720 mm
本体重量 136 kg
最大温度 1,300 ℃
電源装置 200 - 240 V Single Phase 36A, Recommend Wiring 50A

SINTER(大)のスペック
最大焼結サイズ 19,644 ㎤
内部サイズ[円筒形] 248 mm(内径) x  406 mm(内部全長)
本体サイズ[W,D,H] 1,200 mm x 700 mm x 1,500 mm
本体重量 350kg
最大温度 1,300 ℃
電源装置 200 - 240 V 3-Phase 60A

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材料

Markforged社金属3Dプリンター「Metal X」の材料はリールのフィラメント式になっています。

樹脂の中に金属粉末が入っておりますので非常にもろい状態です。、材料の入れ替え時は十分にフィラメントを温めてから触らないとと、ポキポキと折れてしまいますので注意しましょう。

また、前回と違う材料の場合は、材料だけでなくノズル交換も必要になります。

材料ごとのノズルの準備と管理の徹底は行っておく必要があります。

材料の1リールの重量は約1kgなので、残量を見ながら造形プランを考えることをお勧めいたします。


材料のラインナップと特性

17-4 ステンレス鋼
17-4 ステンレス鋼は高い強度と耐腐食性、硬度を併せ持ち、航空宇宙産業や医療、産業機械で幅広く使われています。

H13工具鋼(SKD61)
H13工具鋼は、高温および摩耗用途に最適化された工具鋼で、ダイカスト金型や耐摩耗性部品に最適です。

A2工具鋼(SKD12)
A-2工具鋼は空気焼入れにより非常に優れた耐衝撃性を備えています。プレス金型、成形工具に用いられています。

D2工具鋼
高い炭素およびクロム含有により、A-2ほど強靭ではないものの、高い強度と耐摩耗性を兼ね備えています。切削工具に用いられています。

インコネル625
インコネルは強度と高い耐熱性を併せ持っており、高温高圧環境での使用に適しています。ニッケルベースの超合金で、ジェットエンジンや医療に使われることが多い材料です。

純銅

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metal X搬入

Markforged社金属3Dプリンター「Metal X」の購入を決定してから搬入までは様々な用意が必要となります。

まずは当然ですが設置場所が必要です。約6m×4mのスペース(人員動作スペース含む)が必要かと思われます。

次に必要なのがネットワーク環境です。Wi-Fiでも大丈夫ですが、大容量のデーターを送る場合があるなら有線で接続することをお勧め致します。

次にSINTER(焼結炉)で使用するガスです。アルゴン99.999とアルゴンと水素の混合ガス、そして液体アルゴンです。普段ガスを使用されない企業様の場合お近くのガス屋さんと契約をしていただく必要があります。また、液体アルゴンを使用しますので蒸発器が必要となりますし、ガスボンベの取り付け柵も必要となりますので搬入前日までにすべて用意し、接続まで完了しておいてください。

Wash(脱脂)機の方では第一種有機溶剤を使用しますので有機溶剤作業主任者の資格を取ることと、消防、労働基準監督署への届け出、健康診断、局所排気設備の設置が必要となります。

あとはトータル的に電気工事が必要となります。3DプリンターとWashは100vでアース付きの3Pコンセントを使用しますのでアース付きコンセントを設置し、各一本ずつ20Aで接続できるようにしておくと良いでしょう。

SINTERは200v 35Aですが、使用する線は50A用がお勧めです。

3Dプリンターの設置場所は温度、湿度が管理されている場所でお願いいたします!!

この中の一つでもクリアできていない場合、接地ができない事もあるそうです。

購入決定後約3か月ほど余裕があるとすべての準備が楽に行えますが、お時間がない場合はご相談ください。


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METAL X立ち上げ

それぞれの設備が搬入され、レイアウト通りの位置に設置が完了しても3Dプリンターをすぐに動かせるわけではありません。

まずは3Dプリンターのキャルブレーションやネットワークの接続、テーブルの水平出しなどを実施します。

次にSINTERのキャルブレーション、セットアップを開始します。問題がなければ「ブレイクアウト」という熱処理をいったん行います。これは梱包時に使用した固定材を溶かしてしまう工程です。

その間、3Dプリンターのテストモデルを造形し、動作確認と点検をします。

次の日にブレイクアウトが終了したSINTERに戻り、必要な部品組み立てとガスの配管工事を行います。ガスは水素も使用しますので入念に漏れのチェックも行います。

それらが終了次第、テスト材の熱処理を行います。と同時に3Dプリンターでテスト造形品の製作にも取り掛かります。

造形が完了したら、次にWashに投入し脱脂をします。(基準12時間)

次の日にテスト熱処理品を取り出し寸法チェックをし問題なければようやくSINTERのセットアップが終了になります。

前日に入れておいたWashから造形品を取り出し、脱脂できているかのチェック(4.1%以上)が終了したら、セットアップの完了したSINTERで焼結をします。

次の日に無事に焼結が完了したらセットアップ完了です。

セットアップの完了後、操作指導などがありますので、全工程で約5日間(1日は予備日)必要となるのです。

それらもしっかり頭に入れておくと良いでしょう!!

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MWTAK X造形時間

Markforged社金属3Dプリンター「Metal X」の造形時間は、金属粉末焼結法の金属3Dプリンターと比較すると遅いです。

それは0.1mmのノズル先端から一筆書きで造形面積を塗りつぶしていきますので、それなりの時間がかかります。

写真のような試験棒を造形するだけでも丸二日を要しております。

しかし、造形中は基本的に人がつくわけでもなく無人で造形を継続してくれます。

グリーンパーツ造形時は歪みが発生することもありませんので、設備的な問題以外で停止することは考えにくいので、試作品を作成する際に人手をかけることがほとんどありません。

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METAL X中

Markforged社金属3Dプリンター「Metal X」はまるで樹脂の3Dプリンターのような風貌をしておりますが、樹脂の3Dプリンターと違いWASH工程や焼結があります。

樹脂の3Dプリンターと同じように考えるのではなく、寸法精度、収縮率、異方性などを加味して設計や造形をする必要があります。

情報は常に蓄え、どんなことに使うのが便利なのか?を頭に置いて検討すべきなのかもしれません。

販売店さんからは中々出てこない情報は、やはり実際に使っているところに聞く!!見るが一番です。

まずは実際に見る、実際に聞くということから始めてみてはいかがでしょうか??

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