新しい3Dプリンティング押出システムが限界を再定義

February, 6, 2026, Oak Ridge--エネルギー省オークリッジ国立研究所(ORNL)の研究者たちは、複数の3Dプリント押出機を特別に設計されたノズルを介して単一の高出力ストリームにまとめる新しい押出システムを開発した。このシステムは大型エクストルーダに匹敵する速度を持ちつつ、より高い柔軟性、精度、多材料プリント能力を提供する。

大型の押出機は重いため、それらを運搬・移動させるためにより強力で高価なガントリーやロボットが必要。出力が増加すると、低出力アプリケーションでは精度が低下し、流量の不均一性が生じる。この不整合は、小さな部品から大きなテーパー設計までプリンティングに課題をもたらし、反りやプリント失敗につながる可能性のある熱の蓄積を避けるためにスピードを落とさざるを得なくなる。ORNLの適応型ソリューションにより、ユーザは品質を損なうことなく小型エクストルーダの追加・無効化が可能になる。さらに重要なのは、この柔軟なソリューションにより、機器を交換することなく、1つのビーズ内で複数の材料を同時にプリントできることである。

「小規模の押出機が追加の重量負担なしに大型システムの出力に匹敵し、ビーズ内で前例のない多材料押出を実現することで、このシステムは押出成形ベースの付加製造を再定義する準備ができている」と、プロジェクトを率いたORNLの研究者Halil Tekinalpは話している。「これらの進歩は、米国の製造業競争力を強化し、最先端生産技術へのアクセス拡大に寄与ことになる。」

異なる材料を迅速かつ正確にプリントできるこの押出システムは、強度、柔軟性、その他の特徴を一つの作品で組み合わせた部品を作成できる。その多様性は多くの業界で有用である。航空宇宙分野では、衝突防止パネルやレーダ吸収部品の製造に利用される可能性がある。エネルギー分野では、耐燃性のエンクロージャや軽量のモジュール式ハウジングやバッテリーラック、熱エネルギーシステムの支持構造を製造し、電力インフラの近代化に不可欠なスケーラブルな設計を可能にする。防衛チームは強靭で軽量なシェルターや防護パネルの建設に利用でき、民間用途では強化された橋のデッキ、車のバンパー、ボートの船体など、すべてが一つの連続したプリントで実現される。

この解決策の鍵は、特許出願中のノズルブロックである。強度と熱伝導性を高めるためにアルミニウム青銅製で、並列押出機から2つの溶融ポリマ流を融合させる内部設計である。この設計により、システムは多様な大規模ペレット原料を複数の構成で処理でき、流量を一貫して倍増させ、さらに3倍、4倍の成長の可能性を示している。多重化システムは押出工程を効率化し、Y字型ノズルの導入により中心多孔率を大幅に低減する。

Yノズルに加え、研究者たちはコア&シースビーズ(core-and-sheath beads)を生成する独自のノズルを設計しており、これは一つの素材が別の材料を包み込む形状で、多材料積層製造の多様性を大幅に高めている。この開発により、異なる機械的および/または機能的特性を持つ2つの材料を1つのビーズ内で正確に組み合わせることが可能になる。これらの進歩により、メーカーは層間接着力が向上した複合コアを組み込むことができ、ポリマ積層造形で大きな障害となっていた剥離(層分離)の問題を解決できる。

「この革新は新たな製造の地平を開き、動的な素材切り替えによる複雑で効率的かつ創造的な設計を実現しつつ、交差汚染を防ぐ。つまり、異なる素材が純粋のままであり、意図せずに混ざり合うことはない」と、プロジェクトのもう一人の技術リーダー、Vipin Kumarは話している。