FX10発表：業界初のカーボンと金属が造形できる一台二役の３Dプリンタ

FX10そのものについて話す前に、金属とカーボンの両方を印刷するためにFX10が組み合わせる2つの補完的なプロセスについて話しましょう： FFF+CFRとメタルFFFです。

マークフォージドのカーボン3Dプリンタは、2つのプロセスを使用しています： FFF（Fused Filament Fabrication、FDMとしても知られる）とCFR（Continuous Fiber Reinforcement、連続繊維強化）です。FFFは業界標準の3Dプリンティングプロセスで、熱可塑性樹脂ベースのフィラメントを加熱し、ノズルから個別の層状に押し出してパーツを作成します。CFRは、FFF 3Dプリンタが連続繊維でパーツを補強するための二次プロセスです。CFRは、長繊維の連続繊維のための第2の押出システムを使用します。連続繊維は層状に敷き詰められ、FFFインフィルに取って代わります。出来上がった部品は大幅に強度が向上し（どのFFF材料よりも最大10倍強い）、アルミニウム部品に取って代わることができます。

Markforgedは、金属粉末に触れることなくネットシェイプに近い金属部品をプリントするメタルFFFとして知られるプロセスを開発しました。メタルFFFは以下の3つのステップで行われます。
プリント： 専用のFFFプリンターが、重合した金属粉末でできたフィラメントをプリントします（MIM原料に似ています）。印刷工程では、ポリマーを溶かして押し出し、金属粉末も一緒に押し出します。部品は、必要に応じて同材質のラフトとサポートで印刷され、それらは第2のノズルから印刷されるセラミック離型材によって部品から分離される。出来上がった 「グリーンパーツ 」は、後の工程での収縮を考慮して、20％程度スケールアップされます。
脱バインダー：グリーンパーツは脱バインダー溶剤に浸され、ポリマー結合材を溶かします。脱バインダー後の部品は「茶色部品」と呼ばれる。
焼結： ブラウン・パーツは専用の炉で焼結され、完全な金属パーツになります。印刷中、部品は約20％収縮します。

メタルFFFで印刷された金属部品は、正味の形状精度に近く、一般的にオープンセル・インフィルがあります。

メタル＆コンポジットFFFプリンターを製造するために、当社のエンジニアは、ポリマーフィラメントと初期のメタルフィラメントとの間の根本的な非互換性という、ある本質的な障害をクリアしなければなりませんでした。ポリマーフィラメントはシンプルですが、湿気にさらされるのを防ぐために材料の通り道を密閉する必要がありました。初期の金属フィラメントには正反対の問題がありました。それは、スプールとプリントヘッドの間に密閉されたチューブがないなど、プリントするには特別な処理が必要なほど脆いということで、この問題により、2つの機能を持つマシンを開発することは困難でした。

この非互換性を解決するために、私たちはメタルFFFフィラメントを開発しました。金属射出成形の原料を忠実に反映した脆いフィラメントの代わりに、3Dプリント用に最適化した独自のポリマーバインダーを配合しました。その結果、「フレキシブル 」フィラメントは扱いやすくなり、ノズルのジャムもほとんどなくなり、最も重要なことは、破損することなくフィードチューブに通すことができたことです。私たちの最初のフレキシブル・フィラメントはカッパー（2020年発売）でした。その後、過去2年間で最も人気のある3種類の鋼（17-4PH v2、H13 v2、D2 v2）を再リリースしました。316Lは、FX10メタル・ケーパビリティがオンラインになった後、2025年にリリースされる予定です。

フレキシブル・フィラメントはデュアル・システム構築の根本的な問題を解決しましたが、当社のエンジニアは、まったく異なる2つのメディアをプリントするために設計された信頼性の高いシステムを構築する方法を見つける必要がありました。そのために、私たちがこれまでに作った中で最もモジュール化されたマシンを開発しました。

FX10は、金属のフィラメントとカーボンのフィラメントが、スプールからパーツに材料を供給するために全く異なるハードウェアを必要とすることを理解して設計されています。これを可能にするために、私たちはプリントエンジンの主要な要素を取り出し、それらを交換可能にしました（以下参照）。

プリントヘッド：コンポジットとメタルにはそれぞれ専用のプリントヘッドがあり、どちらも2つのノズルを備えています。コンポジットヘッドにはプラスチックノズルとファイバーノズル、メタルヘッドにはメタルフィラメント用ノズルとセラミック離型材用ノズルがあります。プリントヘッドはわずか2本のネジで取り外し、交換することが可能です。

マテリアル・ルーティング・ブロック マシン背面にあるマテリアルルーティングブロックは、4本のフィードチューブ（各スプールベイから1本ずつ）を受け取ります。コンポジットブロックでは、これらのチューブはプリントヘッドに送るために1つの出口に配線されます。メタルブロックでは、これらのチューブは2つの出口に送られます。1つはメタルフィラメント用、もう1つはセラミック離型材用です。ブロックを交換するには、ネジを1本外します。

材料チューブ： 専用の材料チューブにより、金属フィラメントとコンポジットフィラメント間のクロスコンタミネーションを防ぎます。

プリントエンジンの3つの部品に加えて、プリントシート、パージビン、スプールホルダーなど、交換が必要な補助部品がいくつかあります。完全な交換には約15分の作業が必要で、その後、機械は約1時間のキャリブレーションを実施します。

FX10では、金属とカーボンのプリンタの切り替えを2時間以内に完全に移行できます。金属印刷部品は、Markforgedが提供しているのと同じ補助装置を使用して、洗浄および焼結する必要があります。

FX10は2種類の構成があります： コンポジットとメタル＋コンポジットです。コンポジット構成にはプリンターが付属し、メタル＋コンポジットにはプリンター（コンポジット構成ではFX10メタルキット、Wash-1、Markforged焼結炉）が付属します。コンポジットのみのFX10を購入したユーザーは、メタルキット、Wash-1、焼結炉を購入することで、メタル機能を獲得することができる。既存のMarkforged Metal FFF機能（Metal X経由）をお持ちのお客様は、Metal Kit付きのFX10を購入し、メタル機能をアップグレードすることができます。

FX10は、既存のすべてのフレキシブルメタルフィラメントと互換性があります： レガシー素材に加え、FX10専用の新しいフィラメントとして316Lを今後リリースします。この高耐食性ステンレススチールは、食品・飲料、海運、その他の産業で有用です。

FX10 金属とカーボンのアプリケーション
カーボンプリントとメタルプリントの両方が可能な最初のFFFプリンターとして、FX10は製造アプリケーションの全範囲をカバーできる最初の装置です。メタルプリントとカーボンのプリントは非常に相補的であり、互いの強みを発揮します。

大型部品： メタルFFFには、焼結プロセス特有の部品サイズの制約があります。部品の寸法が15cmを超える場合、複合材印刷の方が一般的に優れたソリューションとなります。
設計コンプライアンス： カーボンやプラスチック部品は、荷重がかかったり曲がったりするように設計でき、多くの治具に理想的です。
擦れない表面： これは、壊れやすい材料を扱うときに絶対に必要です。
低コストで迅速： メタルFFFの3ステッププロセスに比べ、コンポジット印刷はメタルよりも早く、安くパーツを作ることができます。
より厳しい公差： 金属はポストマシニングが可能ですが、複合材マシンは金属よりもはるかに厳しい公差を印刷したまま提供します。

金属が優れている点
強度と硬度： 複合材は強いですが、ステンレス鋼や工具鋼は金属でしか達成できない強度を提供します。同様に、金属はプリントされたままの複合材よりも桁違いに硬く、さらに硬化させることができるものもあります。
耐熱性： 200℃を超える環境で使用される部品には、金属が唯一の選択肢です。
耐摩耗性： 繰り返し使用される部品には、硬い（そして焼入れ可能）ことに加え、金属ははるかに優れた耐摩耗性を提供します。
機械加工性： メタル部品は、厳しい公差や鏡面仕上げに機械加工できます。
熱と電気の伝導性:銅は、特殊な要件を持つ部品に独自の熱伝導性と電気伝導性を提供します。

カーボンは多くの問題を解決しますが、金属が必要な場合もあります。

これらの非常に相補的な強みは、3つの方法で発揮されます：共通の用途、独自の用途、そして多目的用途です。

エンド・オブ・アーム工具のような用途では、複合材と金属は異なる理由で優れています。コンポジットEOATは擦れないグリッパーや真空ツールになり得ますが、メタルEOATは通常、大量生産アプリケーションで使用される生産用グリッパーです。両方の技術を利用することで、より多様な部品への応用が可能になります。

また、カーボンや金属の特定の特性によって、エンジニアが特定のアプリケーションにアクセスできる場合もあります。カーボンでは、生産ラインを効果的に稼動させるために必要なブラケット、マウント、ガイド、フィクスチャーなど、工場補助部品がその代表例です。これらの部品は結果的に重要だが、低コストとスピードの恩恵を受けている。簡単に言えば、金属である必要がないのだ。金属側では、ろう付け治具のような高温工具は、金属で印刷した場合のみ生き残ることができる。

最後に、ハイブリッド・アプリケーションにより、エンジニアは金属と複合材の相補的な利点を1つのアセンブリで利用することができ、性能が強化された高度に最適化されたツールを作成することができる。この完璧な例は、複合工具本体と金属摩耗パッドを備えたエンド・オブ・アーム工具である。このような工具では、複合工具本体は低コストで十分な強度を持ち、短時間で製造できる一方、金属摩耗パッドは硬度と耐摩耗性を提供する。両方の材料を使用することで、他の製造技術では実現できない方法で、特定の用途に合わせて工具をカスタマイズすることができる。

FX10は、カーボン専用機としてすでにカテゴリーをリードする優れたマシンであった。金属を追加することで、FX10は真に革新的な製造装置となりました。金属と複合材の部品を工場で製造できる、信頼できる最初のFFF機です。私たちは、この機械が工場フロアにとって最も汎用性の高いツールであると信じています。もっと詳しくお知りになりたい方は、当社の3Dプリンティング・エキスパートにご相談ください。