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Aug 18, 2023

ピット大学は、この巨大な金属用 3D プリンターを備えている米国で唯一の大学です

ピットのベネダム ホールの地下にひっそりと佇み、廊下に溢れるレースカーの部品を過ぎると、自動車のガレージと自動車の入り口を組み合わせたような巨大なマシンが見つかります。

ピットのベネダム ホールの地下にひっそりと佇み、廊下にこぼれ落ちたレースカーの部品を過ぎると、自動車ガレージと SF 宇宙船の入口を組み合わせたような巨大なマシンが見つかります。 これは最先端の金属用 3D プリンタであり、米国のどの大学でも初の Gefertec arc605 です。

スワンソン工学部のウィリアム・ケプラー・ホワイトフォード教授であり、3Dプリンティングの専門家であるアルバート・トー氏は、大型の特殊な金属部品の製造においては、この機械は無敵であると述べた。

「数十個の部品であっても、これは非常に有利です」と彼は言いました。 「そして、ある程度の複雑さを加えたい場合は、3D プリント以外の方法でそれを行うことはできません。」

プリンターは溶接を利用して、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム合金などの金属で作られたワイヤーを溶かし、それを層ごとに堆積させます。 研究室でレーザーと金属粉末を使用した以前の金属 3D プリンターでは、1 時間あたり数百グラムの印刷が可能でした。 これは一桁速いです。

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そのため、Gefertec プリンタは、通常は鋳造して工具を使用する必要がある大型部品の製造に最適ですが、これは高価なアプローチであり、小ロットの特殊部品の製造には現実的ではないことがよくあります。 たとえば、To 氏の最初のプロジェクトの 1 つは、現在は製造されていない長さ 3 フィートの米軍用の橋継手を作ることです。

このテクノロジーは何十年も前から存在していますが、広く注目されるほど信頼できるようになったのはここ数年のことです。 「突然、航空宇宙、原子力、石油・ガスなどの産業への関心が非常に高まっている」とトー氏は語った。

この機械の高度なソフトウェアと、印刷中に部品を回転したり傾けたりできる「5 軸」機能により、複雑な金属部品の作成に使用できます。 しかし、解決すべき問題はまだたくさんあります。 たとえば、金属は加熱および冷却すると反りますが、トー氏はこのプロセスを米陸軍とエネルギー省からの資金提供を受けて研究するために新しいプリンターを使用しています。

To 氏の研究室の博士課程 3 年生である Xavier Jimenez 氏は、航空宇宙分野での応用が期待できるものの、溶接時に亀裂が入りやすい新しいタイプの高強度アルミニウムを使用して 3D プリントするプロセスを開発しています。

「最高品質の溶接を実現するには、これらのさまざまなパラメータをすべて調整する必要があります」とヒメネス氏は言います。 「すべての素材は少しずつ異なる動作をします。」

ヒメネス氏がピットに来たのは、Gefertec arc605 を使って仕事をしたいという理由もありましたが、新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) のせいで歯車が狂い、プリンターがピットに届くまでに 3 年かかりました。 この機械は一部のワンルームマンションよりも大きく、到着時にはクレーンでパーツごとに研究室に落としてから組み立てる必要がありました。

設置を完了したチームは現在、さまざまな金属の 3D プリントのパラメータをテストしているところです。 さまざまな金属に対するアプローチをテストし、X 線を使用して材料特性をテストすることで、目に見える反りから材料の微細構造の変化まで、プロセスが部品にどのような影響を与えるかをモデル化し始めることができます。

さらに、To 氏は同僚と協力して、3D プリントされた金属部品に光ファイバー ケーブルを埋め込み、部品の温度と変形を感知するスマート コンポーネントを作成しています。

「すべての部品を組み合わせて機械を動かすのは大変な作業でした」とヒメネス氏は語った。 「それがここにあることをとても嬉しく思います。」

— パトリック・モナハン、写真撮影：エイミー・オビジンスキー