大規模 3D プリンティングにはさまざまな技術と材料が関与しており、多くの分野で応用されています。 実際、「大きい」の定義は相対的なものであり、一定の基準はありません。 一般的に、家、船、大きな家具などはすべて大型品です。 メーカー、アーティスト、企業が大規模製品のニーズを満たすために 3D プリンティングを選択するにつれ、大規模 3D プリンティングは徐々に市場の主流になってきました。 開発者は 3D プリンターのサイズを段階的に突破し、技術的な限界を突破して、より多くのより大きな製品を印刷します。 それでは、大規模 3D プリンティングの応用分野は何でしょうか? 大型の3Dプリンターはどうでしょうか？
製品のサイズはテクノロジーや材料に依存することが多く、精度とサイズのバランスを見つける必要があるため、適切な 3D プリンターを選択することが成功の重要な要素となります。 大きな製品を印刷する最良の方法は、多くの場合、部品を分割して印刷して組み立てることであるため、ソフトウェアは大きな製品の作成でも重要な役割を果たします。 大規模な 3D プリント製品には次の品目が含まれますが、これらに限定されません。
●ディスプレイ、小道具、看板など
● 住宅および建築要素
●工業部品、金属部品。
●家具や乗り物
△オランダのナチュラリス生物多様性センターには独自の 3D プリンティング ラボがあり、2 台の Builder Extreme 1500 Pro 3D プリンターを使用してティラノサウルスのレプリカを作成しました。
●ティラノサウルスのいない恐竜博物館は、決して本物の博物館ではありません。 実際のティラノサウルスの化石の 3D スキャンに基づいて、日本恐竜博物館は、2 つのビルダー エクストリーム大型スケールを使用して印刷された大部分として、長さ 12- メートル、高さ 5- メートルのレプリカを 3D プリントしました。 PLAプラスチックフィラメントを使用した3Dプリンター。
●博物館の学芸員、映画セットや小道具のデザイナー、遊園地、会議や万博のディスプレイ製造業者なども、生産をスピードアップするために大判 3D プリンタを選択しています。 スピードとコストの利点に加えて、コンピュータ支援設計 (CAD) ソフトウェアも大きな効果を発揮し、人工彫刻や二次創作が不要になります。 さらに、超軽量フォームから非常に耐久性のあるカーボンファイバー入りナイロンまで、多種多様な素材が利用可能です。
△アーティストは、2020 年ドバイ万博のために再現された高さ 3D プリントのミケランジェロのダビデ像のレプリカを17-石膏で覆います
●この17-高さの 3D プリントされたミケランジェロのダビデ像は、フィレンツェの観光促進を目的として、2020 年ドバイ万博で展示されました。 十分な大きさのポリマー 3D プリンターで 1 つのレプリカを超微細に作成することは不可能であるため、印刷可能な 14 個のパーツに分割され、手作業で組み立てられ、大理石の外装は手描きされました。 3D プリントされた David の内部には格子メッシュ構造があり、重量をわずか 550kg に保ちながら、適切に梱包して発送できる強度を備えています。
△ドイツの Styles Werbetechnik は、Tractus3D 大型 FDM プリンタを使用して、従来の方法よりも速く照明付きサイン文字を作成します
●ドイツの看板制作会社、Styles Werbetechnik は、屋外看板の製造に大規模な 3D プリント技術を選択しました。 同社は生産をスピードアップしたいだけでなく、海外メーカーの標準的な文字デザインに依存するのではなく、文字作成を社内で行いたいとも考えていました。 同社は、ポリマー FDM 印刷を使用すると、輪郭のある文字の製造に無限のデザインの可能性が提供されると述べています。 たとえば、照明付き看板の文字の深さは、従来の方法では最低 60mm に制限されていましたが、3D プリントでは 30mm まで減らすことができます。 また、夜間や週末に稼働することもでき、プロセス中に 3D プリンターを使用する必要がないため、生産時間を短縮できます。
△スミソニアン博物館、STEM分野の女性リーダーの等身大像120体を3Dプリント
2022 年、ワシントン DC のスミソニアン博物館は、120 体の等身大の 3D プリント像を含む女性科学者を讃える展示会を開きました。 「IfThenSheCan – The Exhibition」と呼ばれるこの展示は、FDM 技術を使用して印刷された女性像の史上最大のコレクションです。
住宅と建築要素
大規模な 3D プリンティング プロジェクトとなると、もちろん住宅プロジェクトは不可欠です。 3D プリントのみを行っている建物はほとんどありませんが (多くの場合、鉄筋や伝統的な木造構造などの構造サポートが必要または組み込まれています)、3D プリントはその速度、労力の節約、構造の耐久性により役に立ちます。 ご自宅にもホテルにも。 世界の建設 3D プリンティング市場は、今後 5 年間で 20% 近く成長すると予想されています。
●下の写真の2階建ての建物は、建築設計・エンジニアリング会社のHannah and Civeと、3Dプリンターを提供したPeri 3D Constructionが共同で完成させた。 4 平方フィートの家は匿名の入札者に売却され、完成までに合計 2 年かかります。 3D プリンティング建築のリーダーである Peri の Cobod Bod2 ガントリー プリンターは、階段の吹き抜けやその他の機能構造を作成するために特殊なコンクリート混合物を押し出すために使用されており、このプロジェクトには合計 330 時間がプリントされました。
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△米国初の完全3Dプリント2階建て住宅がヒューストンにある
●3Dプリンターは建物の建設だけでなく、修復のためのファサードや歴史的建造物などの建築要素や、壁、ディスプレイ、間仕切りなどのインテリアデザインにも広く使用されています。 3D プリントされた床、3D プリントされた橋、3D プリントされた人工サンゴ礁もあります。 コンクリートのような材料が建設における唯一の選択肢ではなく、ポリマーも役割を果たします。 ブランチ テクノロジーは、ロボット ポリマー押出機を使用した大規模 3D プリンティングを専門とし、彫刻から宇宙空間まであらゆるものを作成します。 BranchClad と呼ばれる革新的な建築パネル システムは、建築ファサードに新たな機会をもたらします。 米国宇宙ロケットセンターの新しいスペースキャンプの運用側に設置された月面を見てください（下）。 月のデジタル スキャンを使用して作成されたファサードは、月の表面を驚くほど忠実に再現しています。 月のパターンのポジティブモールドを 3D プリントし、スタッコ素材で塗装しました。
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△ブランチ・テクノロジーの新しい3Dプリント月壁が米国宇宙ロケットセンターの新たなスペースキャンプ運営の側面に設置される
工業用および金属部品
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△Relativity Space社のStargate金属3Dプリンター
●ロケットメーカーの Relativity Space は、同社の 3D プリントロケット Terran 1 は、単体の 3D プリント構造物としては史上最大で、高さ 35.2 メートル、直径 2.3 メートルであると主張しています。 同社の次世代ロケット「Terran R」も同様に大きい。 どちらも、ロボット指向性エネルギー蒸着技術を使用して、同社のStargate 3Dプリンターを使用して独自の金属に3Dプリントされています。 Relativity Space は、ロケットが打ち上げ時のストレスに耐えられる能力を備えていることは大きな勝利であり、金属 3D プリンティング法の構造的完全性を証明していると述べた。
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△オランダのマキシマ女王がMX3D金属3Dプリンティング橋を正式に開通させた。
●Joris Laarman の研究室によって設計されたアムステルダム運河にかかる金属橋は、ロボット アーク積層造形技術を使用して MX3D によってプリントされました。 12- メートルの長さのステンレス鋼の「スマート ブリッジ」には、アムステルダムの研究者が建築環境における IoT システムの役割を研究するのに役立つセンサー ネットワークが組み込まれています。 ジェネレーティブ デザインとトポロジー最適化技術を使用して開発されたこの構造は非常に軽量です。 MX3D ブリッジでは、芸術や彫刻における金属 3D プリンティングの応用も紹介されています。
●以下は、アーティストのマリアグラツィア・アバルドとパオロ・アルベルテッリがイタリアのトリノ王立庭園に設置した別のMX3Dプリント作品です。 「クジラの航路」と名付けられたこの880kgの彫刻は、地面から通り過ぎるクジラのヒレを表現しています。 このプロジェクトで作成されたすべてのモデルは 3D プリントされました。
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△「ホエールパス」はマリアグラツィア・アバルドとパオロ・アルベルテッリによってデザインされ、MX3Dによって3Dプリントされました。
●大型金属 3D プリントは多くの業界で使用でき、海洋、石油・ガス、建設重機業界の企業は、大型部品をより迅速に、多くの場合現場で生産できます。 たとえば、以下の船舶用プロペラは、WAAM テクノロジーを使用して 3D プリントされてニアネット形状を生成し、その後、より厳しい公差に合わせて機械加工されました。 この場合、WAAM は鍛造に代わるものであり、より少ない原材料を使用して、必要な場所の近くで行うことができます。
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△この船舶用プロペラは、WAAM技術の産業応用の最初の例の1つです
●金属3Dプリントは、鍛造や鋳造では実現できない形状を3Dプリントで実現できるため、部品の軽量化も可能です。 プリンターメーカーのSLM Solutionsによると、航空機の着陸装置部品（下）は455 x 295 x 805 mmで、世界初のレーザーパウダーベッドフュージョン3Dプリント部品だという。 この部品は従来の鍛造部品より 15% 軽量であるだけでなく、この技術により納期も短縮されます。 このコンポーネントは車輪から航空機の構造に荷重を伝達するシステムの一部であるため、強度を高めるためにチタンで作られています。 材料の選択により、コーティングを必要とせずに部品に強力な機械的特性を与えながら耐食性を持たせることができ、クアッドレーザー SLM 800 3D プリンタを使用して印刷されます。 「積層造形は、テスト用の部品を迅速に提供することで、認定と認証の段階で時間を節約するのに役立ちます。主要コンポーネントを数日以内に製造できますが、鍛造プロセスを使用すると数か月かかります。」
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△3Dプリントによるプライベートジェット用前脚部品
金属部品を鋳造するための大型金型の 3D プリントは、大規模 3D プリントの重要な用途です。 鋳造が必要な金属工業部品の場合、金型の作成ステップは手間と時間がかかります。 砂 3D プリンタを使用すると、メーカーは実物大のモデルを必要とせずに、砂鋳物や鋳型を直接 3D プリントできます。 Voxlejet の VX4000 は世界最大の砂型鋳造 3D プリンタで、バインダー ジェット技術を使用して巨大な型を作成するだけでなく、1 回の印刷プロセスで数千個の型を作成します。
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△Voxlejet社のVX4000プリンタ（出典：Voxeljet）
家具や乗り物
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△WASP 3Dプリンターで一体成型されたチェアです。
●インテリアデザイナーも、複雑なデザインやユニークな素材の使用を実現するために、徐々に大判3Dプリントを選択するようになっています。 ポリマー、特に再生プラスチックが 3D プリント家具に最も一般的に使用される材料ですが、コンクリートや金属も使用できます。 ガンビアにあるこの子供サイズの学校の机 (下) は、現実的なニーズに対応した 3D プリントの一例です。 軽量で耐久性に優れたこのデザインは、リサイクルプラスチックから製造でき、プラスチック廃棄物の問題も解決します。 モデルは、スウェーデン産業省のマグナム 3D プリンターで、飲料ボトルに一般的に使用される PETG プラスチックに印刷されました。
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△ ガンビアで 3D プリントされた学校家具のコンセプトをテストするためのプロトタイプの机、おそらく再生プラスチックを使用
●Colossus XS 3D プリンタで印刷された軽量発泡 PLA で作られた NYXO Visionary Design (下) の素敵なコーヒーテーブル コレクションなど、美しい 3D プリントされた椅子やテーブルの例は無数にあります。
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△Primavera 彫刻テーブル シリーズは、ドバイを拠点とする建築および製品デザイン会社 NYXO Visionary Design によってデザインされ、Colossus XS プリンターで ColorFabb PLA を使用して印刷されました (出典: Colossus)
これまでで最大の 3D プリント ボートおよび物理的に最大の 3D プリント オブジェクトとしてギネス世界記録に登録されたのは、以下の写真の 3D プリント ボートで、全長 7.72 メートルです。 このボートは、メイン大学の先端構造および複合材料センターによって 2019 年に印刷されました。 プラスチックと木材セルロースで作られています。 3D プリントにかかる時間はわずか 72 時間で、重量は 2.2 トンです。
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△メイン大学が製作したフル3Dプリントの実物大ボート
●自転車メーカーも、製造チェーンにおける溶接の問題を解決するために 3D プリント技術を選択しています。 一体型 3D プリント フレームは時間を節約するだけでなく、構造的な接合部に制限されない新たな設計の自由度を可能にします。 この自転車メーカーは、チタン、スチール、カーボンファイバー複合材料でモデルを製造しました。 以下の Urwahn のスチールフレーム電動自転車は、形状、機能、軽量構造、素材のバランスを実現するために、金属 3D プリントを使用して量産されました。 特殊なリアエンドのエラスティックが後輪を吊り下げ、新しいタイプの乗り心地を生み出し、スチールフレームがモーターとバッテリーを統合していると同社は述べています。
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△Urwahnの3Dプリント鉄骨電動自転車
大きなプリントのためのデザインのヒントとソフトウェア
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△30-高さの 3D プリントされた像は、365 個の 3D プリントされたパーツから組み立てられており、各パーツを 55 3D プリンターでプリントするのに 28 時間かかります。
一体型 3D プリントは、継ぎ目や表面がないため、組み立ての手間が省かれ、生産速度が向上し、構造の完全性が向上するため、多くの場合理想的です。 ただし、プリントされたオブジェクトが大きすぎて複数のパーツに分割する必要がある場合、モデルを 3D プリントに分割するにはどうすればよいでしょうか?
●大規模な 3D プリントを完了するには、CAD ソフトウェア (Fusion360 や Solid Works など) でモデルを直接分割できます。これには、釘、凹凸、リップなどの組み立てや位置合わせの補助具を設計できるという利点があります。または穴とスロット。
●大きなものを接着したり、ネジを使用したりするだけの場合（カーボンファイバー入りナイロンなどのより強力な素材の場合のみ）、分割作業はCuraなどのスライサーツールに任せることができます。 セグメンテーションは Cura のメッシュ ツールを使用すると高速かつ自動化されます。
● デジタル モデルを手動でセグメント化する場合は、詳細領域やサポート領域を直接通過することは避けてください。 設計の最も弱い部分での分割を回避します。
つまり、モデルの他の部分よりもはるかに薄い領域です。
トップ 大型3Dプリンター
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△GEFERTEC Arc60x WAAM 金属 3D プリンター (出典: Gefertec)
3D プリンタを使用して大きなプラスチック部品、小道具、看板などの部品を作成する場合は、デスクトップ フィラメント プリンタと基本的に同じ大判フィラメント 3D プリンタを使用できます。 一部のプリンターは、エンジニアリンググレードの耐久性のある素材を使用して印刷できます。
最大の FDM プリンタ (さらに 1,600 x 1,200 x 1,300) よりも大きくしたい場合は、先端に押出機ヘッドが取り付けられたロボット アーム 3D プリンタが必要になります。 レールまたはオーバーヘッドガントリー上に配置できるため、理論的には、利用可能なレールのサイズに合わせて印刷することが可能です。 最大の 3D プリンタのギネス世界記録は、メイン大学にあるガントリー押出ヘッド アセンブリで、そのサイズは 30,{9}} x 6,700 x 3,000 mm に達します。 ただし、このプリンターは非売品です。 ロボット アーム プリンターのもう 1 つの利点は、多くの場合、より経済的なペレット形式のポリマーを使用して印刷できることです。
樹脂 3D プリントは通常、プリント時間が非常に長いため、Kings 1700 Pro や 3D Systems ProX 950 などのいくつかの例外を除き、1,000 mm を超えることはできません。 通常、樹脂の場合は FDM よりも時間がかかります。
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△大判アート用途に強い中型コンクリート3Dプリンター
コンクリート 3D プリンタは、住宅建設だけでなく、あらゆる種類のコンクリート型枠、家具、建設、さらには植木鉢や彫刻に至るまで、急成長している市場です。 非常に大きな金属部品の 3D プリントは、多くの場合、電気アーク積層造形 (WAAM) などの指向性エネルギー蒸着 3D プリント技術を使用して実現されます。 これらの方法では、ロボット アームに取り付けられた 3D プリント ヘッドが使用されます。ロボット アームの到達範囲は広く、制限されるのはアームのサイズだけです。
