レビュー: Markforged Mark Two

3D Printing Industry が Markforged Mark Two 3D プリンターをレビューします。

マサチューセッツ州ウォータータウンに拠点を置き、2013 年に設立された Markforged は、成長を続ける高性能 FFF 3D プリンターのポートフォリオで 3D プリンティング コミュニティでよく知られています。 同社の印象的な製品ラインナップには、先駆的な Metal X、FX20 や X7 などの産業用カーボンファイバー システム、Onyx One や Onyx Pro などのデスクトップ複合機が含まれます。

Markforged の主力デスクトップ複合 3D プリンタは、二重押出方式の Mark Two です。 同社の連続繊維強化（CFR）技術を利用したこのシステムは、連続繊維強化材をポリマー部品に統合する能力によって定義され、その結果、従来の FFF よりも強力で耐衝撃性の高い構造が得られます。

主にエンジニアリング専門家や製造企業を対象とした Mark Two の価格は 19,990 ドルという高額ですが、その金額にどれだけの価値があるかはすぐにわかります。

Markforged の旗を掲げる

箱の中には、複合 3D プリントの旅を始めるために必要なものがすべて入っています。 ターンキー パッケージには、プリンター本体、ハンドツール一式、フィラメント収納ボックス、オニキス フィラメント (PA6-CF) のスプール、および繊維強化フィラメントの 5 本の追加スプールが含まれています: 2x カーボンファイバー、1x グラスファイバー、1x 高強度高温度ファイバー、および 1x ケブラー。

システムを開梱すると、Mark Two の構築品質にどれだけの努力が費やされているかが明らかです。 洗練されたアルミニウム製シャーシはミニマリストであり、非常に堅牢な感触があり、高級なキットのように見えます。 重量はわずか 16kg ですが、このシステムはあらゆる作業台に視覚的に優れた追加物となると感じずにはいられません。 これは、ニューヨーク証券取引所上場の 3D プリンター メーカーに期待される職人技です。

内部を見ると、プリンターが Markforged によってのみ開発および使用されている構成である T ベルト軸システムに基づいていることがわかります。 標準的なデカルトセットアップと比較して、システムはより堅牢で、より高速で、より正確です。 具体的には、ベルト構成は、プリントヘッドの素早い動きを可能にしながらガントリーにかかるトルクを最小限に抑えるように特別に設計されており、リニア レールは精度を最大化するために精密に機械加工されています。

Mark Two は最大 320 x 152 x 154 mm のビルド ボリュームを備えており、決して大きくはありませんが、ほとんどの中程度のパーツ アプリケーションに十分な作業スペースを提供します。 ベッドは加熱されませんが、フレームは完全に密閉されているため、チャンバーは常にプリンターの外部の周囲条件よりも暖かくなります。 これは、冷たい空気の流れによって部品が収縮するときに発生する層間剥離や反りの問題を回避するのに役立つため、ナイロンなどの高温フィラメントにとって非常に重要です。 さらに、磁気プリントベッドも取り外し可能であるため、部品の回収が簡単かつ簡単になります。

プリンタの押し出し機能に関しては、Mark Two はデュアル ノズル アセンブリを収容する単一のプリントヘッドを備えています。 IDEX 構成と比較すると、標準のデュアル押出機は重く、X 軸の精度は低くなりますが、Y 軸の精度は高く、軽量です。

ホットエンドの最高温度は強力な 300°C に達するため、機械はオニキス フィラメント、ナイロン、カーボンファイバー、グラスファイバー、ケブラー、および HSHT グラスファイバー連続繊維強化材を使用して印刷できます。 どちらのノズルも、直接駆動押出機ではなくボーデン押出システムによって支えられていますが、Markforged は依然として、研究開発環境において優れた再現性で柔軟な TPU フィラメントを印刷することができています。

快適な 3D プリント ワークフロー

生活の質に関する機能に関しては、Mark Two はクリーンで洗練された UI を備えた 4 インチのフルカラー タッチスクリーンを備えています。複数の言語オプションをサポートするコントロール センターにより、ユーザーはベッドの調整、フィラメントのロード、および開始と停止を行うことができます。印刷ジョブ. Markforged は、非常にスムーズでラグのない Linux ベースのインターフェイスを選択することを選択しました。

Mark Two の注目すべき機能の 1 つは、システムに付属する外部スプール ホルダーです。 このデバイスはシンプルなブリーフケースのようなドライ ボックスですが、アクティブなフィラメントを湿気のない環境に保つのに適しており、最適なフィラメントのパフォーマンスを得るために安全な長期保管が保証されます。

Markforged にはベッドを水平にする方法が 1 つだけあり、プリントヘッドにセンサーが組み込まれていないため、完全に手動です。 このアプローチは非常に基本的なもので、マシンがプリントヘッドをプリントベッド上の 3 つの異なる点に配置し、その下の 3 つのつまみネジを使用してベッドの高さを調整するようユーザーに促します。 完全に自動化された方法が望ましいと考えていましたが、現在の実装には約 10 分しかかからず、最初から最後までガイドが付いているため、大きな不満はありません。

アイガースライスソフトウェア

多くの 3D プリンター メーカーと同様に、Markforged は、Mark Two:Eiger で使用するための独自のスライシング ソフトウェアを提供しています。 シンプルな黒とグレーの配色を採用したこのプログラムは、基本的で使いやすいモデル操作機能を備えた他の FFF スライサーとまったく同じように動作します。 UI もクリーンで洗練されており、左側に印刷概要、中央に仮想ワークスペース、右側にいくつかの変更可能なパラメータが表示されます。

アイガーの顕著な特徴は、Markforged が実装した手持ちレベルの高さです。 このソフトウェアでは、ユーザーは最も基本的な印刷設定のみを変更できるため、人的ミスが発生する余地はほとんどありません。 一部のユーザーは設定の全範囲にアクセスすることを好むかもしれませんが、プリセットのスライス アルゴリズムは印刷ジョブを正常に実行するのに非常に効果的であるため、これは依然としてプラスです。 カスタマイズ可能なパラメータには、材料の選択、層の高さ、充填パターン、充填密度、壁の厚さが含まれます。

当然のことながら、Eiger では、ファイバー充填タイプ、ファイバーの位置、ファイバーの角度などのオプションを使用して、ビルドのファイバー補強を変更することもできます。 全体として、ワークフローは誰でも習得できるほど合理化されていますが、印刷実行の結果を十分に制御するのに十分な深さを備えています。

技術的なパフォーマンスの面では、スライサーのテスト中に発生したバグは合計 0 件で、さまざまなメニュー間の移動が超高速であることを報告できることをうれしく思います。 結局のところ、Eiger はおそらく私たちが喜んで使用した中で最も強力なスライサーの 1 つであり、これは Markforged のような会社に期待されることです。

Mark Two のベンチマーク: 79/100

では、Markforged Mark Two 3D プリンターはベンチマーク テストでどのような結果をもたらしたのでしょうか? まず、3D 印刷業界独自の Onyx で印刷されたベンチマーク モデルから始めます。これにより、小規模な印刷テストの多くが 1 つの包括的な部分に統合されます。 寸法精度、表面品質、構造的完全性などの要素に基づいて、個々のセクションに重み付けされたスコアを割り当てます。 Mark Two は、3D プリンティング業界の総合スコアで次のスコアを獲得しました。79/100– 優れたプロ仕様の 3D プリンターは 60 以上です。

全体として、ベンチマーク モデルは間違いなく印象的でした。 まず、テストのオーバーハング部分は、サポート構造を使用せずにシステムが印刷できる角度を決定するように設計されています。 Mark Two は最大 60° で問題なく印刷できました。これは複合フィラメントとしては驚異的な結果です。

同様に、ブリッジング テストは、システムの水平印刷機能を判断することを目的としています。 Mark Two はなんとかブリッジ長 20mm に到達することに成功しました。特にオニキスの加工が難しい性質を考慮すると、これは立派な結果です。

最後に、3D プリンターの押出機の機能を評価する定性的な方法を提供する収縮テストについて説明します。 これは、印刷されたスパイク配列に重大なアーチファクトと短いスパイク長が発生したため、Mark Two が多少失敗した箇所です。 これも、特にスパイクのような薄くて微細な構造の場合、複合フィラメントの処理の複雑さに大きく起因すると考えられます。

引張強度試験

高強度の部品を製造できなければ、複合 3D プリンターの意味はありません。 Mark Two の連続繊維強化の影響を評価するために、ISO 527-2 規格に準拠した一連の引張試験で機械をテストしました。 このテストは、フランスのレンヌ第 1 大学機械工学部のエンジニアによって実施されました。

オニキス フィラメントを使用して、合計 10 個の複合ドッグボーン サンプルを 3D プリントしました。それぞれが独自の繊維強化プロファイルを備えています。 次にサンプルは、最大 50kN まで引っ張ることができる Lloyd LR50K 引張試験機で試験されました。

– 繊維なし: 連続繊維による補強はありません。

– CF1ISO: 5 つの等方性炭素繊維層

– CF2ISO: 10 枚の等方性炭素繊維層

– CF2CON: 10 層の同心カーボンファイバー層

– FG1ISO: 5 つの等方性グラスファイバー層

– FG2ISO: 10 の等方性グラスファイバー層

– HT1ISO: 5 つの等方性 HSHT グラスファイバー層

– HT2ISO: 10 枚の等方性 HSHT グラスファイバー層

– KV1ISO: 5 つの等方性ケブラー層

– KV2ISO: 10 枚の等方性ケブラー層

結果を見ると、10 層の等方性炭素繊維強化材 (CF2ISO) によって引張強度が最大に向上したことは明らかです。 強化されていない試験片（繊維なし）は、加えられた力が 867.54N に達したときに破断しましたが、CF2ISO は加えられた力が 5333.56N に達したときに破断しました。これは強度が 6.15 倍増加しました。

また、同じ試験片 (CF2ISO) が、引張剛性の尺度であるヤング率 (E) の最大の増加をもたらしたことに注目することも興味深いです。 E 値が高いほど、弾性荷重下での変形が少なく、より硬い材料に対応します。一方、E 値が低いほど、材料は荷重下でより弾性的で柔軟であることを意味します。 強化されていない試験片の E 値は 0.131GPa のみでしたが、10 層の等方性カーボンファイバーでは 3.112GPa となり、剛性が 23.8 倍向上しました。

最後に、延性の尺度である破断伸びを調べます。 この測定値は、試験片が破断する前に、元の長さに対するパーセンテージとして試験片がどれだけ引き伸ばせるかを示します。 強化されていないドッグボーンは 15.6% で最も延性が高かったのに対し、10 枚の同心炭素繊維層 (CF2CON) で強化された部品は 2.8% で最も延性が低いことが判明しました。

円軌道試験

次に、Mark Two の再現性プロファイルを評価するために、一連の円軌道テストを 3D プリントしました。 同心円の直径の正規分布を調べることにより、平均精度が 0.1 mm 未満、標準偏差が 0.05 mm 未満であれば、プリンタは十分な再現性を備えていると言えます。 当社の測定器の精度は±0.015mmです。

ここでシステムは良好な再現性を示し、平均不精度は X 軸で 0.1004mm、Y 軸で 0.2082mm、結果としてすべての軸の平均で 0.1543mm となりました。 平均値は少し高いものの、平均標準偏差はわずか 0.0193mm で、これまでにレビューした大多数の 3D プリンターよりもはるかに優れています。

ここで、X 軸は 2 つのステッピング モーターによって駆動されるのに対し、後者は 1 つのステッピング モーターのみによって駆動されるため、X 軸は Y 軸よりも大幅に精度が高いことに注目する価値があります。 したがって、部品要件に厳しい公差が含まれる場合は、X 軸に沿って印刷することをお勧めします。 また、寸法が大きくなるほど (円が大きくなるほど)、Markforged の精度が低くなるのも明らかです。

以下に、テストで最良の円と最悪の円の釣鐘曲線が表示されます。円 1 は X 軸、円 3 は Y 軸です。 最良の場合、この 3D プリンタで製造される 20 mm の円の 99.6% は 19.95 mm ～ 20.01 mm になります。 最悪の場合、この 3D プリンタで作成される 100mm 円の 99.6% は 99.67mm ～ 99.78mm になります。

現実世界のアプリケーションテスト

私たちは、典型的な Markforged ユーザーが日常的に 3D プリントする可能性のある 3 セットの実世界のアプリケーションでテストを完了しました。 最初のセットは、バイクのブレーキ レバー、引張試験機のジョー、サーフボードのプラグとフィン、ギアの 4 つのビルドで構成されており、それぞれカーボン ファイバーで強化されたオニキスを使用して作られていました。

Mark Two は、控えめに言っても、すべてのカーボン ファイバー プリント テストを美しく処理しました。4 つのビルドすべての表面品質が優れており、欠陥がまったく見られませんでした。 ブレーキレバーとジョーは事実上完璧で、後処理は必要ありませんでした。これらはそれぞれの用途の最終用途部品として確実に使用できました。

実際にサーフボードに組み込まれる場合、高い応力に耐える必要があるため、サーフボードのフィンの強度も注目に値します。 私たちは何度も試しましたが、スナップに近づくことさえできませんでした。これは、連続繊維強化によって可能になったパフォーマンスの向上の証拠です。 同様に、3D プリントされたギアは大成功を収め、より広範な動的アセンブリの一部として確実に使用できる可能性があります。

次のパーツ セットは、ケブラー繊維で強化されたオニキスを使用して印刷されました。Markforged ブランドのケースと iPhone ケースです。 ケブラーは防弾チョッキによく使用され、部品の耐衝撃性を高める優れた方法です。

どちらのケースも、驚異的な表面品質と構造的完全性を備えた印刷に成功しました。 過剰に設計された iPhone シェルの場合、その素材は実際にその目的を効果的に果たすには硬すぎると考えられましたが、それでも Mark Two の機能を示す素晴らしい概念実証にはなります。

最後に、HSHT 繊維で強化されたオニキスを使用して射出成形金型を 3D プリントしました。 HSHT はカーボンファイバーほど強度や剛性は高くありませんが、低温と高温の両方に耐性のあるコンポーネントを作成できます。 そのため、金型やオートクレーブなどの過酷な条件で使用される部品に最適です。

最終的な印刷テストでは、他の部品とはまったく異なる補強戦略が必要でした。 目的は、金型を強くすることではなく、高温下でも変形しにくいように剛性を高めることでした。 そのため、HSHT ファイバーを等方性モードではなく同心性モードで統合し、熱による変形の影響を最も受けやすいすべての輪郭を強化することが可能になりました。 型が完璧に出来上がったと言っても過言ではなく、Markforged にとって強力な仕上がりとなりました。

評決

Markforged は Mark Two で非常に特別なことを行いました。 3D プリンターは、適切に設計された機械コンポーネントの堅牢なセット、優れたパフォーマンス、優雅な美学など、デスクトップ複合システムに求められるものをほぼすべて備えています。

ハードウェアを補完するために、Markforged はユーザーの経験レベルに関係なく、可能な限りアクセスしやすいようにアイガー スライサーを作成しました。 このプログラムは、複合 3D プリンティングのワークフローをストレスなく行えるように慎重に設計されており、ユーザーが技術的な詳細に囚われることなく設計から製造まで進めることができます。 アイガーを改善できる唯一の本当の方法は、印刷パラメータの全範囲にアクセスするオプションをユーザーに与えることです。これは、特定のエッジケースで役立つ可能性があるためです。

印刷パフォーマンスの面では、Mark Two は間違いなく優れています。 大きな部品では精度が低下しましたが、印刷テストで 1 つも不合格だった 3D プリンターに出会うことはめったにありませんが、機械はすべての印刷テストに見事に合格しました。 これには、ベンチマーク モデルとさまざまな実際のアプリケーション テストが含まれます。 全体としての表面品質は注目に値し、引張結果が示すように、連続繊維強化材は機械的性能に関して真の威力を発揮します。

最終的に、Markforged システムは、複合材料分野での最有力候補であることが証明されました。この機械は、連続繊維強化部品を印刷する信頼性の高い方法を求める人にとって最適な選択肢です。 有能なキットに 19,990 ドルを費やすことができるのであれば、Mark Two を強くお勧めします。

技術仕様

Markforged Mark Two 3D プリンターをここで購入します。

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注目の画像は Markforged Mark Two を示しています。 写真提供：3D Printing Industry

Kubi Sertoglu は機械工学の学位を取得しており、執筆への親近性と技術的背景を組み合わせて積層造形の最新ニュースやレビューを提供しています。