材料押し出しベースの積層造形

材料押し出しベースの積層造形（ EAM）は、ISO国際規格17296-2で定義されている3Dプリントプロセスの7つのカテゴリの1つです。主にプラスチックに使用されますが、 FDMまたはFFFという名前で、金属やセラミックにも使用できます。このAMプロセスカテゴリでは、原料はポリマーバインダー（体積比40％から60％）と金属またはセラミック材料の微粒子固体粉末の混合物です。同様のタイプの原料は、金属射出成形（MIM）およびセラミック射出成形（CIM）プロセスでも使用されます。押し出し機は、加熱されたノズルに向かって材料を押し出します。

• 加熱されたバレル内のピストンの制御された軸方向の動き、
• または加熱されたバレル内のスクリューの制御された軸回転、
• または、2 つの給紙ローラーの回転を制御します。

材料押し出し金属部品を作成するプロセスには通常、プラスチック/金属複合材から完全な金属部品に変換する複数の段階が含まれます。

• 印刷:プロセスは、プラスチックに結合した金属粉末を含むフィラメントを使用して部品を印刷することから始まります。このフィラメントは、従来のFFFプリンターで使用されるものと同様に、金属が注入されています。プリンターは、金属が注入されたフィラメントを層ごとに堆積させ、部品の形状を構築します。これらの印刷された部品は、「グリーン」部品と呼ばれます。その後の焼結プロセス中に予測される収縮を補正するために、グリーン部品は最終寸法から 15 ～ 20% 拡大されます。^[1]
• 脱バインダー:印刷後、緑色の部品は脱バインダー ステーションに配置されます。このステップでは、有機溶剤がプラスチック結合材の大部分を溶解します。その結果、緑色の部品は「茶色」の部品に変わります。脱バインダー プロセスにより余分なプラスチックが除去され、金属粉末の構造が残ります。^[2]
• 焼結:洗浄された茶色の部品は焼結炉に移されます。この炉は、使用される材料に応じて、材料固有のプロファイルに従います。最初に、残っている結合剤を燃やします。次に、金属粉末を固め、完全に密度の高い完成した金属部品に変換します。焼結プロセスは、部品が必要な機械的特性を達成することを保証するため、不可欠です。^[3]
• 使用:この段階で、部品は完全に金属部品となり、使用できるようになります。

• 1995年にフラウンホーファーIFAMは、コンピュータ制御のノズルから押し出される粉末とバインダーの混合物から始まるラピッドプロトタイピングシステムを設計しました。部品は層ごとに製造され、「グリーンパーツ」は脱バインダーされ、最終密度に達するまで焼結されます。 ^[4] IFAMは2017年にこの研究ラインを再開しました。
• 1998年、セラミック用のハイブリッドな加法/減法形状堆積製造の概念がカーネギーメロン大学で提案され、テストされました。
• 2000年にラトガース大学で、グリーンセラミックフィラメントから複数のセラミックアクチュエータとセンサーを固体自由形状で製造するシステムが開発されました^[5]
• 2005年にドレクセル大学で、材料の押し出しをベースにしたシステムが開発されました。これは、高精度の位置決めシステム上に搭載された単一のスクリューを備えたミニ押し出し機で構成され、粒状のバルク材料（ペレット）が供給されます。^[6]
• 2015年にミラノ工科大学で、逆デルタロボットテーブル上で固定ピストン式押し出し機によるペレットの押し出しをベースにしたMIM金属およびCIMセラミックスの3Dプリントマシンが開発されました。^[7]
• 2016年、マルチマテリアル印刷の発展により、材料押し出しプリンターは、簡単に取り外せるように設計されたセラミックベースのサポート材を利用できるようになりました。^[8]この進歩により、印刷後にサポート材を簡単に取り外すことができるため、複雑な形状の作成が大幅に容易になります。注目すべき例としては、すべてのサポート構造にセラミックインターフェース層を採用したデスクトップメタルのマシンがあります。この機能により、サポート材を最小限の労力で取り外すことができ、印刷プロセス全体の効率と精度が向上します。^[9]

• 過去数年間で、材料科学の進歩と、Markforged、Desktop Metal、ALM3dなどの企業による材料押し出しシステムの拡張により、材料押し出しプリンターに適した材料の範囲が拡大しました。これらの材料には、ステンレス鋼、低合金鋼、工具鋼、アルミニウム6061、青銅、クロムジルコニウム銅、コバルトクロム、さらには金などがあります。

2015 年以降、この技術を提供するいくつかの商業プロバイダーが、主に金属用途向けの製品の提案を開始しました。例:

• MarkforgedのMetal X、
• Desktop Metalのスタジオシステム、
• AIM3d による ExAM。