MJFプロセスでの材料再利用率はどのくらい？

工学的観点から見ると、Multi Jet Fusion（MJF）における「材料再利用率」とは、1回の造形で焼結されずに残った粉末を、機械的特性や寸法安定性を損なうことなく次の造形に再利用できる割合を指します。実際のプロジェクトでは、MJFをクローズドループ型のポリマーパウダーシステムとして運用しており、未焼結粉末を一定割合の新粉末と混合し、この「リフレッシュ率（新粉末添加率）」を他の3Dプリント工程と同様に厳密に管理・記録しています。

実際の再利用率の意味

MJFでは、粉末の一部のみが造形部品として焼結され、残りは熱的バッファおよび支持材として機能します。脱粉後、残った粉末の多くは理論的には再利用可能ですが、加熱による熱履歴の影響でポリマー（通常はPA12など）が徐々に劣化するため、最大再利用回数と最小リフレッシュ率を設定します。多くの産業運用では、回収粉末の約70〜80%を再利用し、20〜30%の新粉末を追加して粘度、メルトフロー指数、機械特性を規格内に維持します。

この比率は材料種、造形温度、ビルド内の充填密度によって変動します。高い充填密度はコスト効率を向上させますが、同時に粉末への熱負荷を増大させます。そのため量産向けでは、充填戦略と再利用ポリシーを組み合わせた条件を検証し、MJF量産プロセスの一部として認定しています。

再利用を管理して品質を維持する方法

粉末の性質が繰り返し使用によって変化しないよう、再利用粉末を「自由なスクラップ」ではなく「管理対象の原料」として扱います。回収粉末は凝集物や異物を除去するためにふるい分けされ、定義された比率で新粉末と混合されます。粉末状態は色、流動性、必要に応じてメルトフロー測定などでモニタリングします。規定範囲を外れたロットは試作専用または非生産用途に格下げされます。

造形部品側では、標準試験片をビルド内に同時造形して機械特性と寸法安定性を検証します。引張強度、伸び、衝撃抵抗などを定期的に測定し、新粉末比率が高い基準データと比較します。脆化傾向、反り増加、表面粗さの悪化などの傾向が見られた場合、リフレッシュ率を調整し、プロセスウィンドウを更新します。この考え方は、試作から少量量産、あるいは重要な嵌合面をプラスチックCNC加工で仕上げるハイブリッド生産に移行する際にも共通です。

コスト・持続可能性・設計への影響

適切な再利用管理は、部品コストおよびサステナビリティに直接的な影響を与えます。高い再利用率を維持できれば、単位部品あたりの材料コストを削減し、廃棄量を減らすことができます。ただし、機械的性能が安定していることが前提です。構造ハウジング、ブラケット、機能性民生製品部品などにおいては、用途に応じて二段階の運用を設定します。すなわち、試作段階では広い再利用ウィンドウを、量産ではより厳格な品質許容範囲を定義します。

設計者も再利用性を高めることが可能です。コンパクトなネスティングと熱負荷の均一化により、局所的な粉末の過熱を防ぎ、健全な再利用比率を維持しやすくなります。高い延性や疲労強度が必要な部品では慎重なリフレッシュ率設定が求められますが、外観重視や非構造部品では再利用率を高めても問題ありません。

まとめると、MJFの材料再利用率は固定値ではなく、管理されたプロセス変数です。リフレッシュ比率を一定に保ち、粉末挙動を評価し、部品性能を定期的に確認することで、大部分の粉末を再利用しながら、カスタム部品のCNC加工やアディティブ製造においても安定した品質と性能を実現できます。