SLM 3Dプリンティング技術

概要 SLM3Dプリンティング

SLM（選択的レーザー溶融）は、レーザーを使用して金属粉末を固体3Dオブジェクトに融合させる積層造形または3Dプリンティング技術である。SLMは、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼、コバルトクロム、ニッケル合金などの反応性高強度金属を、複雑な形状を持つ機能的に高密度な部品に加工するのに適している。

SLM3Dプリンティング は、集光されたレーザービームを使用して、金属粉末の連続した層を選択的に溶融することによって機能します。レーザーは、CADモデルのスライスで定義された位置で粒子を完全に溶かし、融合させる。各層がスキャンされた後、粉末の新しいコーティングが施され、完全な部品が構築されるまでこのプロセスが繰り返される。SLMによって作られた部品は、従来の製造と同等かそれ以上の特性を示す。

SLMは、高密度、軽量、複雑な金属部品を製造する能力で評価されており、強化された機械的特性と従来の方法では実現不可能な形状を備えています。SLM 3Dプリンティングの主な特徴、用途、仕様、サプライヤー、コスト、長所と短所などを網羅した詳細ガイドをお読みください。

SLM技術の主な特徴

SLM 3Dプリンティングの主な用途

SLMは、複雑さとカスタマイズが必要な中小規模の生産量に最適です。SLMは、金属プロトタイプから最終用途の生産部品まで、さまざまな産業で幅広く使用されています。主な用途には以下のようなものがある：

この技術は、強化された機械的特性と複雑な形状を持つ完全に機能する金属部品を製造する能力を持つため、航空宇宙、防衛、自動車、ヘルスケアなどの産業で広く使用されている。

SLM設計ガイドラインと仕様

適切な部品設計は、残留応力、歪み、表面仕上げ不良、融合不良などのSLM製造上の問題を回避するために非常に重要です。考慮すべき項目は以下の通りです：

付加製造のための設計（DFAM）の原則に従うことで、部品の複雑化、軽量化、性能向上、部品の統合といったSLMの利点を十分に活用できるよう、部品を最適化することができる。

SLMシステムサイズ仕様

SLMシステムは、不活性ガスで満たされたチャンバー、粉末リコーター機構、金属粉末層を溶融するための微小スポットに焦点を合わせた高出力レーザーを特徴としている。より大きな造形容積とより高いレーザー出力は、より大きな部品とより速い造形速度をサポートする。

SLMプロセス・パラメーター

SLMプロセスのパラメータを最適化することで、部品密度の最大化、欠陥の最小化、制御された微細構造と機械的特性、良好な表面仕上げ、幾何学的精度を達成することができます。

SLMパウダーの要件

SLMによる高密度で高品質な部品には、粒度分布と形態が制御された高純度の球状パウダーが必要です。これらの基準を満たすパウダーは、レイヤーワイズビルドプロセス中のスムーズな再コーティングを可能にします。

SLMの後処理ステップ

SLMではネットシェイプに近い部品が得られるが、通常、何らかの後処理が必要となる：

多軸CNC機械加工、研削、研磨、エッチング、その他の表面仕上げ方法による後処理は、最終用途で要求される重要な寸法、滑らかな表面仕上げ、美観を達成するのに役立つ。

SLM印刷のコスト分析

SLM印刷の主なコストは、初期のシステム購入、材料、機械操作、人件費に起因する。生産量が多ければ多いほど、スケールメリットは大きい。未使用のパウダーをリサイクルすることで、材料費が軽減される。

SLM 3Dプリンター・サプライヤーの選択

SLM システムの主要メーカーには、EOS、3D Systems、SLM Solutions、レニショー、AMCM などがあります。サプライヤーを選択する際には、機械の仕様、メーカーの評判、品質手順、サービス、コストを評価してください。

SLM印刷の長所と短所

SLM 3Dプリンティングは、これまでにない設計の自由度、部品の統合、軽量強度、カスタマイズの可能性を提供します。デメリットとしては、システムコスト、低速、サイズの制約、材料の制限などがある。

よくあるご質問

ここでは、選択的レーザー溶融技術に関するよくある質問にお答えします：

SLMで印刷できる素材は？

SLMは、ステンレス、アルミニウム、チタン、コバルトクロム、ニッケル合金などの反応性金属や高強度金属に適しています。各システムは、特定の材料能力に合わせて設計されています。

SLM印刷の精度は？

SLMの精度は±0.1～0.2%程度で、表面仕上げは材料、パラメータ、部品形状によって25～35μm Raである。分解能は30μmと微細です。

SLMプリント部品の強度は？

SLMは99%以上の高密度金属部品を製造し、その材料強度は従来の金属製造方法と同等かそれ以上である。

SLMで作られる部品の例を教えてください。

SLMは、タービンブレード、インプラント、射出成形金型、軽量ブラケットなど、航空宇宙、医療、歯科、自動車、その他の産業で幅広く使用されている。

SLMで印刷できる部品のサイズは？

一般的なSLMの造形量は、100～500 mm x 100～500 mm x 100～500 mmである。より大きな部品用に、より大きなシステムも存在する。サイズは、チャンバーと必要なサポートによって制限されます。

SLM印刷の所要時間は？

造形時間は、部品のサイズ、層の厚さ、プラットフォームに梱包される部品の数などの要因によって、数時間から数日の範囲である。SLMは5～100cm3/時の速度で金属を印刷する。

SLMにはサポートが必要ですか？

SLMプリンティングでは、最小限の支持構造が必要とされることが多い。これらは、アンカーと熱伝導体として機能し、造形中の変形を防ぐ。サポートは印刷後に取り除かれる。

SLMの到達温度は？

SLMの局所レーザーは、メルトプールで短時間に最高10,000 °Cに達することができ、急速に冷却して凝固した金属を形成する。チャンバーは100℃以下で作動する。

SLMは他の3Dプリンティングと何が違うのですか？

SLMはレーザーを使って金属粉末を完全に溶かし、緻密で機能的なパーツを作る。バインダージェッティングのような他の金属3Dプリンティングでは、接着剤や焼結を使用し、より多孔質の結果が得られます。

SLMプロセスの主なステップは？

1. CADモデルをレイヤーにデジタルスライス
2. パウダーは製造プラットフォームに転がされる
3. レーザーで各層をスキャンし、粉体粒子を溶かす
4. パートが完成するまで、ステップ2-3を繰り返す
5. サポート除去や表面仕上げなどの後処理

SLMで使用される粉体とは？

SLMは、球状の形態を持ち、粒度分布が制御された10～45μmの微細な金属粉末を使用します。一般的な材料は、ステンレス、チタン、アルミニウム、ニッケル合金などです。

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、歯科、自動車、工具、宝飾品業界は、高精度と強度を備えた複雑でカスタマイズ可能な金属部品を製造できるSLM技術を活用している。

SLM印刷の価格は？

SLMはシステムコストが高く、$100,000～$1,000,000以上。材料は$50-500/kg。生産量が多い場合は、スケールメリットが働きます。運転コストは1時間当たり$50-500です。

SLMにはどのような安全上の注意が必要ですか？

SLMには、レーザーの危険性、高温の表面、反応性の微細金属粉、潜在的な排出物が含まれます。適切なレーザー安全装置、不活性ガス換気装置、および個人保護装置を使用する必要があります。

結論

SLMアディティブ・マニュファクチャリングは、機械加工部品と同様の構造的完全性を持つ高密度で堅牢な金属部品を製造するための驚異的な能力を提供します。従来の製造アプローチと比較して、設計の自由度、複雑性、カスタマイズ、軽量化、統合の可能性が広がります。しかし、このプロセスには多大なシステムコストと造形速度の遅さが伴います。

材料、品質、造形サイズ、精度、ソフトウェア、パラメーターの継続的な進歩により、航空宇宙、医療、歯科、自動車、その他の分野における最終用途の生産アプリケーションへのSLM導入が加速しています。SLMの利点を活用しつつ、その限界に留意することで、メーカーは競争上の優位性を得るためにSLMを導入することができる。

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