革新的な光重合に求められる完璧なビーム
ダグマー・エッカー

このケーススタディでは、リワーク不要で層全体をプリントする、「 HybridPhotoSynthesis 」技術を紹介する。
米アクストラ 3D 社（ Axtra3D ）は、て、理想的な適合性が達成されており、についてはまだ制約がある。速度の制積層造形業界を刷新するという野心的製品サイクル全体を通して Ophir の測約を克服するために開発されたのが、な目標を掲げて 2021 年に創設された。

定デバイスが利用されている。

デジタルライトプロセッシング（Digital

そのわずか 1 年後に同社は、市場に変
革 を も た ら す「 Hybrid PhotoSyn­

光重合の制約を克服

Light Processing：DLP ）で、これによって、層全体が一度にプリントできる

thesis 」（ HPS ）技術を発表した。HPS積層造形は、3D 部品を素早く製造ようになった。プロジェクターによっは、細かい形状を卓越した表面仕上げするための莫大な可能性を秘めている。て各層のイメージが樹脂の上に照射さで非常に高速にプリントすることのでこの技術は、1980 年代に初の商用光れ、UV 光にさらされることで樹脂がきる、初めての同軸システムである。

造形装置（ Stereolithography Appa­ra­

硬化する。

このイノベーションは、デジタルプロ

tus：SLA ）が市場に登場して以来、継DLP 技術は素晴らしい改善をもたらジェクターに固体レーザを組み合わせ続的に進歩してきた。その間に、一層したが、造形物にはまだかなりのリワた、2 つの光源による光重合プロセスごとに樹脂を硬化させながら立体物をークが必要である。造形物を洗浄して、に基づいている。HPS 技術のカギとな造形するプリント方式は、家庭で日常目に見える表面構造に追加の処理を施るのは、レーザビームと光の完璧な同的に使用できるまでになった。しかし、す必要がある。ここに目を付けたのが、期である。米 MKS インスツルメンツ

産業用のハイエンドの SLA ソリューシ

アクストラ 3D 社である。米国に本社、社（ MKS Instruments ）の技術によっ

ョンにおいても、製造速度と表面品質イタリアにイノベーションラボと生産施設を構える同社は、興味深い特許ポ

図１ 積層造形プロセスの再現性を確保するために、スリットベースのビームプロファイラが使用されている（図 1〜 3 は、アクストラ
3D 社提供）ートフォリオを基に、画期的な積層造形ソリューションの開発を目指して創設された（図 1 と図 2 ）。アクストラ 3D社の創設メンバーの 1 人で、最高収益責任者を務めるポール・スポリアンスキ氏（ Paul Spoliansky ）は、「当社の技術は、他の積層造形技術にこれまでに見られたトレードオフに終止符を打つ。当社の顧客は、追加のリワークを行うことなく、CAD ファイルどおりの造形物をプリントすることができる」と述べている。

HPS ライトエンジンに統合された主要技術
3D プリンター「 Lumia X1 」に搭載

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されて最 近 発 表 された HPS 技 術 は、層全体を一度にプリントするデジタルライトプロセッサと、各層の構造を並列に最適化するダイオード固体レーザの両方で構成されている。大抵のハイテクソリューションがそうであるように、結果は簡単に理解できるように見えるが、そこに至るまでの過程は非常に複雑だった。デジタルライトプロジ
ェクターとその高度な光学部品をレーザに組み合わせるには、完璧な調和が求められる。両方のデバイスが同一波長の光を照射しなければならず、高い生産水準を確保するために、2 つの光源の間の最大許容差は 30μm である。

図２ レーザビームを測定するために、測定デバイスがブラケットによって取り付けられている

アクストラ 3D 社の最高製品およびイノベーション責任者を務めるフェデリコ・

ブで同一の製品が得られることを顧客社の用途に適していないことがわかっ

イアコヴェラ氏（ Federico Iacovella ）は期待する。HPS ライトエンジンの高た。スリットベースの測定を試したのは、「レーザパラメータとビーム形状をい品質を保証するには、R&D フェーはそのためで、これは大成功だった」と同氏は述べた。

知ることが不可欠であることを理解してズと稼働時だけでなく、プリンターのいたため、信頼できる測定が必要だっメンテナンス時にも、ビーム形状を含

ア パ ー チ ャ 径 が 9mm の「 Ophirた」と説明した。

む関連ビームパラメータを透過的に確

NanoScan 」ビームプロファイラは、柔認することが重要である。イアコヴェ

軟性が高くてさまざまなビームサイズ

ラ氏はこれを念頭に、製品ライフサイに対応し、管理も容易である。
「最終積層造形プロセスの長期的な再現性クルの各段階でハイエンドな測定結果的に測定したいのが、わずか 45μm とを確保することが、新技術開発時の優を提供しつつ、使いやすい測定設定をいう非常に小さなスポット径であった先事項である。特に 3D プリンターの探していた。
「最初はカメラベースのとしても、われわれは 7mm のビーム

産業用途においては、各プリントジョ測定デバイスを試したが、現場での当で処理を開始する。Ophir NanoScan

ビームの真円度がカギに

図３ PC ベースのプロファイラには、2 次 元や 3 次 元 のグラフなど、複数のグラフィカルな機能が搭載されている

October 2023 Industrial Laser Solutions Japan7a)b)

図４ アクストラ 3D 社は、走査スリット型のプロファイラ（ a ）と円柱形のフォトダイオードセンサ（ b ）の組み合わせによって、正確で反復可能な測定を実現している（図提供：MKS オフィール社）

デバイスは、測定範囲が広いため、最め、各ダイオードレーザの出力を個別さまざまなグラフィカル表示が選択で大限の柔軟性が得られる」と、イアコに解析することが、どうしても必要できる。

ヴェラ氏は続けた。PC ベースのこの測あ る。 イ ア コ ヴ ェ ラ 氏 は、「 Ophir

定器は、ISO 11146 規格に基づいてレPD300-3W センサを使用して 1 つのダ

光重合における新たな品質レベル

ーザビームの空間照度プロファイルをイオードの出力を測定することによアクストラ 3D 社の HPS 技術は、光解析する（図 3 ）。ビームプロファイル

り、各ダイオードの出力による応答電重合のさらなる進歩のために画期的な測定の精度と安定性により、ビームサ流を線形化している。そうすることで、ものである。その 3D プリントプロセス

イズとビーム方向を数百 nm の 3 σ精各ダイオードレーザが、個々の 3Dプリは、2 つの光源を使用することにより、度で測定することができる。HPS ライ

ントプロセスに必要な正しいエネルギー

SLA プリンターを上回って高速 DLP プ

トエンジンには、真円度が 90% のレーを供給することを確認できる。反復性のロセスに匹敵する速度を達成し、後処ザビームが必要である。NanoScan の面で、この測定は、Lumia X1システム理は不要である。それは、採用されて測定ソリューションにより、アクストの製造とメンテナンスの両方に対して重いる測定技術に大いに直接的に関係しラ3D社は、クリーンルームにおいても、要である」と説明した。PD300-3Wセンている。
「 Ophir の測定デバイスは、こ顧客の実生産環境においても、ビームサの測定値は、コンパクトな携帯型のの製品イノベーションの大きな部分を占の直径と形状を正確に測定することがOphir StarBright パワーメーターに表めている。レーザパラメータの測定が、できる（図 4 ）。

示される。OphirStar Bright パワーメー

当社の3Dプリント技術の高い品質の基ターは、出力とエネルギーを記録する盤となるためである」と、イアコヴェラ

高度なオプションと算術機能を備え、氏は締めくくった。

出力とエネルギーの管理
HPS技術のもう1つの主要な問題は、樹脂を重合させるために一定のレーザエネルギーを常に適用しなければなら

注記 …………………………………………………………………………………………………………
Ophir は、MKS インスツルメンツ社の登録商標である。

ないことである。アクストラ 3D 社は、Lumia X1 システムに搭載されている各ダイオードレーザを、ダイオードドライバを含めて自社で製造しているた

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著者紹介
ダグマー・エッカー生物工学修士（ Dagmar Ecker, MBE ）は、米 MKS オフィール社（ MKS Ophir ）の独立系 PR スペシャリストで、ドイツを拠点としている。
e-mail：de@claro-pr.de URL：www.ophiropt.com
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