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金属3Dプリンティングの仕組み
2022年のアディティブ・マニュファクチャリング（積層造形）またはレイヤーマニュファクチャリングについて語るとき、3D技術と金属3Dプリンティングが常に頭に浮かぶ。3Dでの金属プリンティングは、ほんの数年前まではまだ黎明期だったが、現在では最も急速に成長し、最も多額の投資が行われている産業技術の1つとなっている。
この記事では、3D金属加工とは何か、3D金属加工を使用する利点、3D金属加工の仕組み、3D金属加工を支える技術など、3D金属加工に関するよくある質問にお答えします。
金属3Dプリンティングとは？
メタル3Dプリンティングは、いくつかの異なるレイヤリングの形式を記述するために使用される一般的な用語です。 アディティブ・マニュファクチャリング 技術である。最も単純な形では、金属3Dプリンティングは、金属材料を層ごとに焼結、溶融、溶接して金属部品や物体を作成するあらゆる技術を使用します。
今日、金属3Dプリント技術の継続的な進歩のおかげで、ある種の3D金属プリントオブジェクトは、従来の機械加工部品と同じように精密で、見た目も良い。
金属3Dプリンターには、さまざまな技術がある。 多種多様な3Dプリント金属部品とオブジェクト.金属プリントは主に航空宇宙産業やエンジニアリング産業で使用されているが、3Dプリント技術は急速に広がりを見せている。
金属部品の製造に単独技術として導入されるにせよ、既存のサプライチェーンに他の技術とともに導入されるにせよ、金属製造の3D技術は進化と改善を続けている。
金属3Dプリンティングを使う理由
長い間、機械加工は金属製造に利用できる唯一の方法のひとつだった。しかし CNC Dプリンターは、ほぼ無限の種類の金属部品やパーツを作ることができる。
これが金属3Dプリントの主な利点であり、複雑な形状やアイテムの作成にほぼ無限の可能性がある。しかし、3D化の利点はこれだけではありません。金属を3Dプリントするその他の利点には、次のようなものがあります：
- 複雑な形状や細部の製造の高速化
- 組み立てライン方式で3Dプリントすることで、時間とコストを節約する
- 強度を犠牲にすることなく、より軽い製品を作ることができる
- 従来の製造方法よりもコスト効率が高い
- 使用するプロセスによっては、材料の無駄がほとんどない
言い換えれば、3Dプリントは非常に有効であり、複雑で非常に詳細な金属部品やパーツの製造に強く推奨される。しかし、金属3Dプリント技術の進歩とともに、その用途は日に日に広がっている。
次に、金属部品を3Dプリントする仕組みについて詳しく見てみよう。
3D金属加工の仕組み
3Dでの金属製造にはさまざまな方法がある。それぞれの方法と技術は次の方法と多くの共通点を持っていますが、どの材料が使用でき、どの材料が使用できないかを規定する特定の違いがあります。ここでは、現在使用されているさまざまなタイプの金属3Dプリントの概要を簡単に説明します：
ダイレクトメタルレーザー焼結（DMLS）
DMLSは3D金属製造の最も一般的な方法である。この方法では、レーザーを使用して合金粉末を層ごとに焼結し、物体を形成する。個々の層は、レーザーが粉末床に向けられ、CAD（コンピューター支援設計）ファイルによって誘導されながら作成される。1つの層の作成が完了すると、プリンターはさらに粉末を広げ、このプロセスを繰り返す。このレイヤーと繰り返しのプロセスを経て、金属部品が作られる。デジタル・プロセスでは物理的な金型が不要になり、高品質で複雑な金属部品の製造に適しています。DMLSは、完成した機械部品、医療器具や装置、工具などの製造に使用されている。
選択的レーザー溶融（SLM）
その名の通り、SLMは材料を溶かし、印刷は不活性ガス・チャンバー内で行われる。プロセス中、レーザーが金属粉末を溶かして結合させる。1つの層が完成すると、金属粉末の新しい層が追加され、次の印刷サイクルが始まる。一般に、SLMプリントされた製品は、フレーム内に空隙がほとんどないか、まったくないため、通常、強度特性が向上する。このため、SLMでプリントされた3D製品は、次のようなパラメータとほぼ同じになる。 メタル・キャスト 製品であり、複雑な構造物の建築に一般的に使用されている。
電子ビーム溶解（EBM）
EBMはSLMに似ているが、レーザーではなく電子ビームが使用される。このプロセスでは、高エネルギーの電子ビームが粉末状の金属を溶かす。ビームは磁場に導かれながら電子のジェットを発生させる。粉末金属の層が何層にもわたって溶け合い、CADソフトウェアによって設定された仕様のオブジェクトが作成される。このプロセスは、反応性の高い材料に拮抗する酸化を防ぐため、真空チャンバー内で行われる。EBMは、レーザープリント法よりも高速かつ高精度で、航空宇宙、防衛、医療などの分野で使用されている。
3Dとレイヤーマニュファクチャリングの未来
3D製造では、上記の技術が依然として普及しているが、次のような技術もある。 選択的レーザー焼結 (SLS）、 バインダージェットそして レーザー蒸着.上記の印刷形態と同様に、これらのさらなる技術は、さまざまな材料を利用し、独自のプロセスを持っています。3Dプリンティング市場は常に成長しており、新しい技術によってより高速な金属プリンティングが可能になっている。 超音速粒子蒸着 (SPD) または コールドスプレー (CS）がその重要な例である。このプロセスでは、金属や合金のミクロンサイズの粒子が、ヘリウムや窒素などの加熱された高圧ガスを使ってスプレーガンで加速される。粒子は超音速で放出され、下地材料と結合する。
しかし、他のコールドスプレー・プロセスとは異なり、SPEE3Dは金属粉末を溶かすために熱を使うのではなく、「超音速3D蒸着」（SP3D）を開発した。これは、ロケットノズルが音速の3倍まで空気を加速させ、その中に金属粉を溶融させる特許取得済みのプロセスに付けられた名称である。 金属粉 を注入し、6軸ロボットアームで操作される基板上に堆積させる。このプロセスでは、粒子が互いにぶつかり合う運動エネルギーによってパウダーが結合し、鋳造よりも優れた冶金特性を持つ高密度部品が形成される。つまり、SP3D技術は かつてない速さで金属印刷が可能に従来の金属積層造形法よりも1000倍も速い。
まとめ
上記で説明したように、金属3Dプリンティングは、さまざまな形態の積層造形および積層造形技術を表す用語として使用されています。最も単純な形では、3Dでの金属プリントは、金属材料を層ごとに焼結、溶解、溶接することによって金属部品や物体を作成します。それぞれの方法と技術には特定の違いがあり、どの材料が使用でき、どの材料が使用できないかが決まっている。 直接金属レーザー焼結 (DMLS)は、レーザーを使用して合金粉末を層ごとに焼結して物体を形成する。 選択的レーザー溶融 (SLM）は、粉末粒子を溶かして溶接する。 電子ビーム溶解 (EBM）はSLMに似ているが、レーザーではなく電子ビームを使用する。金属3Dプリンティングの未来に目を向けると、SPEE3Dのような技術がある。 コールドスプレー SP3D技術は積層造形に革新をもたらし、金属部品をかつてない速さで製造できるようになった。
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