SLM 印刷の仕組み

選択的レーザー溶解 (SLM) は、レーザーを使用して金属粉末を選択的に溶解し、3D オブジェクトに融合する積層造形技術です。このガイドでは、以下の詳細な概要を説明します。 SLM印刷、材料、プロセスパラメータ、用途、利点など。

SLMとは何ですか?

SLM は、高出力レーザーを使用して微細な金属粉末を層ごとに溶融および固化させ、CAD データから直接完全に高密度の 3D パーツを構築する粉末床融合プロセスです。

プロセス	説明
レーザー溶融	レーザーで粉末をスキャンし、各層の形状に溶かします。
粉散布	ビルドエリア上に広がるパウダーの新しい層
ビルドプラットフォームを下げる	新しいパウダー層を広げる前にビルドプラットフォームを下げます
ステップを繰り返す	パーツが完成するまで、ステップをレイヤーごとに繰り返します

SLM を使用すると、複雑な形状を持つ完全に高密度の金属部品を 3D CAD データから直接印刷できます。

どうやって SLM印刷 作品

SLM 印刷には、次の主要なコンポーネントとプロセスが含まれます。

コンポーネント	役割
レーザー	各層のパターンに合わせて粉末を選択的に溶解します
スキャナーシステム	レーザーの位置と焦点を制御します
粉体床	印刷中にパウダー層を保持します
パウダーディスペンサー	層ごとにフレッシュパウダーを散布
ビルドプレート	印刷中に部品を保持して下げます
不活性ガスシステム	酸化を防ぐための保護雰囲気を提供します

このプロセスは、インポートされた 3D モデルのジオメトリに基づいて完全に自動化されます。

SLM と他の 3D プリント方法の比較

SLM は、主要な点で他の形式の 3D プリントとは異なります。

方法	比較
溶融堆積モデリング（FDM）	FDM は押出熱可塑性プラスチックを使用し、SLM は金属粉末を使用します
ステレオリソグラフィー（SLA）	SLA はフォトポリマーを使用し、SLM は金属を使用します
電子ビーム溶解（EBM）	EBMは電子ビームを使用し、SLMはレーザービームを使用します
バインダー・ジェット	バインダージェットによる粉末粒子の結合、SLM による粉末の完全溶解

SLM では、最終用途のエンジニアリング用途に適した高密度の金属部品を印刷できます。

SLM 印刷用の金属

SLM テクノロジーで印刷された一般的な金属:

素材	主要物件
ステンレス	耐食性、高強度
アルミニウム合金	軽量、延性
チタン合金	軽量、高強度
ニッケル合金	耐熱性と耐食性
コバルトクロム	生体適合性、耐摩耗性
工具鋼	高硬度、熱安定性

特定の材料特性を必要とするさまざまな用途に合わせて、さまざまな金属が SLM で印刷されます。

SLMプロセス・パラメーター

SLM プロセスの重要なパラメーター:

パラメータ	典型的な範囲
レーザー出力	100-400 W
スキャン速度	100～5000mm/秒
ハッチの間隔	50-200 μm
層厚	20-100 μm
スポットサイズ	50～100μm
ビルドチャンバー雰囲気	アルゴンまたは窒素

これらのパラメータは、材料、部品の形状、構築速度、必要な機械的特性に応じて最適化されます。

のメリット SLM印刷

SLM 印刷の主な利点:

• 機械加工では不可能な複雑な形状を作成する能力
• 機械加工に比べてリードタイムを大幅に短縮
• 材料の無駄を最小限に抑え、購入率を下げる
• 格子構造による軽量化の可能性
• アセンブリを単一の部品に統合する
• お客様の仕様に合わせたカスタマイズ製品
• ジャストインタイム生産と在庫削減
• 高い寸法精度と再現性
• 優れた表面仕上げと優れた解像度

SLM は、少量から中量の生産において大幅なコストと時間を節約します。

SLM アプリケーション

産業	一般的なアプリケーション
航空宇宙	タービンブレード、構造ブラケット、エンジンコンポーネント
メディカル	歯科用コーピング、インプラント、手術器具
自動車	軽量コンポーネント、カスタム プロトタイプ
インダストリアル	軽量ロボット部品、治具、治具、ツーリング

SLM は、リードタイムを短縮して高性能の最終用途金属部品を生産するために、さまざまな業界で使用されています。

SLM部品の後処理

一般的な SLM パーツの後処理手順は次のとおりです。

• EDMを使用したサポート構造の除去
• 仕上がりを良くする表面加工
• 穴あけ、タッピングねじ
• 特性を高めるための熱処理
• 熱間静水圧プレスによる内部空隙の除去
• ビードブラスト、陽極酸化、コーティングなどの表面処理

後処理では、アプリケーション要件に合わせて部品を調整します。

SLMデザイン・ガイドライン

SLM 設計の主な考慮事項:

• 形状を最適化してサポート構造を削減
• 放熱性を高めるために最小限の壁の厚さを維持する
• 微細な格子構造を採用し軽量化を実現
• サポートを避けるための自立形状を設計する
• 加工後の公差と表面仕上げを考慮する
• 階段状の影響を最小限に抑えるためにパーツの向きを調整する
• 印刷時の熱応力の影響を考慮する
• サポートの取り外しを容易にするタブなどのデザインイン機能

シミュレーション ツールは、設計段階自体で SLM の印刷適性を評価するのに役立ちます。

SLM印刷装置

主要な SLM システム メーカー:

会社概要	モデル
イーオーエス	EOS Mシリーズ
3Dシステムズ	ProX DMPシリーズ
レニショー	AMシリーズ
GEアディティブ	コンセプトレーザーM2
SLMソリューション	SLM 500

これらのターンキー システムは、さまざまなビルド サイズでの自動 SLM 印刷機能を提供します。

SLM のコスト経済性

SLM の印刷コストは以下によって異なります。

• マシン購入費 – $0.5M ～ $1.5M
• 材料費 – 一般金属の場合 $50-$150/kg
• 人件費 – 機械操作、後処理
• 造形速度 – パラメーターに応じて 5 ～ 100 cm3/hr
• より高い生産量によるスケールメリット

SLM は、他の金属製造プロセスと比較して、複雑な少量から中量の生産において最もコスト効率が高くなります。

の課題 SLM印刷

SLM に関連する課題には次のようなものがあります。

• 高い残留応力は部品の歪みを引き起こす可能性があります
• 構築方向に応じた異方性材料特性
• 最大部品サイズの制限
• 内部チャネルからの粉末の除去
• 機械加工に匹敵する表面仕上げを実現
• オーバーハングに支持構造が必要
• 専門のオペレータートレーニングが必要
• 粉体を扱うリスクには安全上の注意が必要です

ただし、進行中の開発により、これらの課題の多くは解決されています。

SLMの今後の展望

SLM 印刷の将来の見通しは明るいです。

• 欠陥を減らして部品の品質を向上
• ビルドボリュームが大きいほど、より大きなパーツが可能になります
• より高いレーザー出力による高速なビルド速度
• 新材料開発で用途が広がる
• SLMとマシニングを組み合わせたハイブリッド製造
• 自動化された粉体処理と後処理
• 幅広い業界での主流の採用
• コストの低下により、より多くの用途で経済的になります

これらの進歩により、SLM プリント金属部品は、ますます多くの用途で従来の製造プロセスと競合できるようになります。

SLM 印刷サービス プロバイダーの選択

SLM サービス プロバイダーを選択する際の重要な要素は次のとおりです。

• 特に SLM テクノロジーに関する経験
• 提供される機器とビルドサイズの範囲
• さまざまな金属合金に関する材料の専門知識
• 熱処理などの二次加工機能
• ISO 9001やAS9100などの品質認証
• 設計の最適化とエンジニアリングのサポート
• リードタイムと納期厳守の実績
• クライアントの紹介と推薦文
• 価格体系 – パーツ価格とボリューム価格

信頼できる SLM サービス パートナーを選択すると、高品質の部品が効率的に生産されます。

の長所と短所 SLM印刷

長所

• 機械加工では不可能な複雑な形状
• CADから部品までの迅速な所要時間
• 材料の無駄が少なく、購入から飛行までの比率が低い
• 最適化された設計による軽量化
• アセンブリを単一の印刷パーツに統合する
• カスタマイズされたジャストインタイム生産の可能性
• 工具、治具、治具のコストを削減

短所

• 高額な機械設備投資
• ビルドチャンバーの寸法に基づいてサイズが制限される
• 部品を仕上げるために後処理が必要になることが多い
• 構築方向に応じた異方性特性
• 積層造形のための設計基準の欠如
• 機械加工よりも材料の選択肢が制限される
• 機器を操作するには訓練を受けた担当者が必要です

少量から中量の生産の場合、SLM は大きな利点をもたらしますが、考慮すべき制限があります。

よくあるご質問

質問	答え
SLMにはどのような素材が使用されていますか?	一般的な SLM 材料には、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル合金、工具鋼、コバルト クロムなどがあります。
どのような産業でSLM印刷が使われているのか？	航空宇宙、医療、自動車、産業部門が SLM の主要な採用者です。
SLMの金属部品をそのまま使用できますか?	ほとんどの SLM 部品は、最終用途部品として使用する前に、表面仕上げや熱処理などの後処理が必要です。
SLM 印刷は大量生産に適していますか?	いいえ、SLM 印刷は、大量生産よりも小規模から中規模のバッチ サイズに適しています。
SLM はどのような精度と表面仕上げを実現できますか?	±0.1～0.2%の精度が可能です。仕上げ前の表面粗さは10～30μmの範囲です。

結論

SLM 印刷により、デジタル製造ワークフローによる複雑な高性能金属部品のオンデマンド生産が可能になります。テクノロジーが成熟し続けるにつれて、SLM はさまざまな業界のより主流のアプリケーションで実行可能になるでしょう。 SLM プリンティングの独自の機能により、エンジニアやデザイナーは積層造形を使用して革新的な次世代製品を作成できるようになります。

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