金属3D印刷はどのように機能しますか?

2022年6月28日

2022年に積層造形やレイヤー製造について議論するとき、3Dテクノロジーと金属3D印刷が常に頭に浮かびます。 3Dでの金属印刷は、ほんの数年前にはまだ揺籃期にありましたが、現在、最も急速に成長し、最も投資が多い産業技術の1つです。

この投稿では、3D金属製造に関する最も一般的な質問のいくつかに対処します。これには、それが何であるか、それを使用する利点、その仕組み、その背後にある技術などが含まれます。

金属3D印刷–それは何ですか?

金属3D印刷は、いくつかの異なる形態のレイヤリングを説明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 テクノロジー。最も単純な形式では、金属3D印刷では、あらゆる技術を使用して、金属材料を層ごとに焼結、溶融、溶接することにより、金属コンポーネントやオブジェクトを作成します。

を作成するために利用可能ないくつかの異なる金属3D印刷技術があります 多種多様な3Dプリントされた金属コンポーネントとオブジェクト。金属印刷は主に航空宇宙およびエンジニアリング業界で使用されていますが、3D印刷技術は急速に普及しています。

今日、金属3D印刷技術の継続的な進歩のおかげで、特定の3D金属印刷オブジェクトは、従来の機械加工部品と同じくらい正確で見栄えがします。

金属部品の製造における唯一の技術として実装されている場合でも、他の技術と一緒に既存のサプライチェーンに導入されている場合でも、金属製造の3D技術は進化と改善を続けています。

SPEE3D printed 316 Stainless Steel Wheel Valve
SPEE3Dプリンターで3Dプリントされた316ステンレス鋼ホイールメタル(熱処理および機械加工)。印刷時間:1時間

なぜメタル3Dプリントを使用するのですか?

長い間、機械加工は金属製造に利用できる唯一の方法の1つでした。その間 CNC 機械はほぼ無限の種類の金属部品や部品を製造することができ、3D印刷を使用して、より詳細で複雑な形状のさらに幅広い種類の部品を作成できます。

これが金属3D印刷の主な利点です。複雑な形状やアイテムを作成するために、ほぼ無制限に使用できます。ただし、3Dを使用するメリットはこれらだけではありません。 3Dでの金属印刷のいくつかの追加の利点は次のとおりです。

  • 複雑な形状と細部のより速い製造
  • 組立ライン方式の3D印刷で時間とお金を節約
  • 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ます
  • 従来の製造方法よりも費用効果が高い
  • 使用するプロセスにもよりますが、材料の無駄はほとんどありません。

言い換えれば、3Dでの印刷はひどく機能し、複雑で非常に詳細な金属部品や部品の製造に強くお勧めします。しかし、金属3D印刷技術の進歩に伴い、その用途は日ごとに拡大しています。

次に、3Dでの金属部品の印刷がどのように機能するかを詳しく見ていきましょう。

3D金属製造はどのように機能しますか?

3Dでの金属製造にはさまざまな方法があります。それぞれの方法と技術は次のものと多くの共通点がありますが、どの材料を使用できるか、使用できないかを決定する特定の違いがあります。現在使用されているさまざまな種類の金属3D印刷の概要は次のとおりです。

直接金属レーザー焼結(DMLS)

DMLSは、3D金属製造の最も一般的な方法です。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、物体を形成します。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)ファイルによってガイドされるときに作成されます。 1つのレイヤーの作成が完了すると、プリンターはさらに粉末を広げ、このプロセスが繰り返されます。この重ね合わせと繰り返しのプロセスを通じて、金属部品が作成されます。デジタルプロセスは、物理的な金型の必要性を排除し、高品質でありながら複雑な金属部品の製造における模範的な例です。 DMLSは、完成した機械部品、医療機器およびデバイス、ツールなどの製造に使用されます。

選択的レーザー溶融(SLM)

その名の通り、SLMは材料を溶かし、印刷は不活性ガス室で行われます。その過程で、レーザーが溶けて金属粉末を結合します。 1つの層が完了すると、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ります。一般に、SLM印刷製品は、フレームにボイドがほとんどないかまったくないため、通常、強度特性が向上します。これにより、SLM印刷された製品が3Dでほぼ同じパラメータになります。 金属鋳造 製品とそれらは一般的に複雑な構造の構築に使用されます。

電子ビーム溶解(EBM)

EBMはSLMに似ていますが、レーザーではなく電子ビームが使用されます。このプロセスでは、高エネルギーの電子ビームが粉末金属を溶かします。ビームは、磁場によって導かれる電子のジェットを生成します。粉末金属の層を重ねて溶かし、CADソフトウェアで設定された仕様のオブジェクトを作成します。このプロセスは、反応性の高い材料に拮抗する可能性のある酸化から保護するために、真空チャンバー内で行われます。 EBMは、レーザー印刷法よりも高速で正確であり、航空宇宙、防衛、医療などの分野で使用されています。

3Dおよびレイヤー製造の未来

上記のテクノロジーは3D製造で普及し続けていますが、次のような追加のテクノロジーがあります。 選択的レーザー焼結 (SLS)、 バインダー噴射、 と 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印刷市場は絶えず成長しており、新しいテクノロジーによって金属印刷の高速化が可能になっています。 超音速粒子堆積 (SPD) また コールドスプレー (CS)はこの重要な例です。このプロセスを通じて、金属または合金のミクロンサイズの粒子は、ヘリウムや窒素などの加熱された高圧ガスを使用してスプレーガンを介して加速されます。粒子は超音速で出て、下にある材料と結合します。 

ただし、他のコールドスプレープロセスとは異なり、SPEE3Dは、熱を使用して金属粉末を溶融するのではなく、「超音速3D蒸着」(SP3D)を開発しました。これは、ロケットノズルが音速の3倍まで空気を加速する特許取得済みのプロセスに付けられた名前です。 金属粉 注入された後、6軸ロボットアームによって操作される基板上に堆積されます。このプロセスでは、互いに衝突する粒子の純粋な運動エネルギーにより、粉末が結合して、鋳造よりも優れた冶金学的特性を備えた高密度部品が形成されます。これは、SP3Dテクノロジーが これまでになく高速な金属印刷を可能にします、従来の金属積層造形法よりも最大1000倍高速です。

LightSPEE3Dに毎分100グラムで印刷された銅製ブラケット

要約すると

上で説明したように、金属3D印刷は、さまざまな形態の積層および積層造形技術を説明するために使用される用語です。最も単純な形式では、3Dでの金属印刷では、金属材料を層ごとに焼結、溶融、溶接することにより、金属コンポーネントとオブジェクトを作成します。それぞれの方法と技術の特定の違いにより、どの材料を使用できるか、使用できないかが決まります。 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オブジェクトを形成しますが、 選択的レーザー溶融 (SLM)は、粉末粒子を溶かして溶接します。 電子ビーム溶解 (EBM)はSLMに似ていますが、レーザーではなく電子ビームが使用されます。金属3D印刷の未来を見据えて、SPEE3Dなどの技術 コールドスプレー SP3Dテクノロジーは、金属部品をこれまでになく迅速に製造できるように、積層造形を革新しています。

私たちがどのように助けることができるか

SPEE3Dの製品について、または金属3D印刷について詳しく知りたい場合は、お気軽にメールでお問い合わせください。 contact@spee3d.com または、+ 61(03)87591464までお電話ください。