SLM製造の理解

SLM製造 は、あらゆる産業で使用されている粉末床溶融積層造形プロセスです。このガイドでは、SLMの仕組み、材料、用途、メリット／デメリット、システムサプライヤーなど、SLMを包括的にご紹介します。

選択的レーザー溶融（SLM）の概要

slm製造は、レーザーを使用して金属粉末を層ごとに選択的に溶かし、完全に緻密な部品を作り上げる積層造形プロセスである。主な特徴

• 3D CADデータを使用して、粉末層のレーザー溶融を指示する
• ほとんどの合金（>99%）でほぼ完全な密度を達成
• 鋳造/機械加工では不可能な複雑な形状が可能
• 一般的な材料には、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、ニッケル合金などがある。
• 一般的な層厚20～100ミクロン

slm製造は、従来の製造に迫る設計の自由度と機械的特性を提供する。

どのように SLM製造 作品

SLMは、高出力レーザーを使用して、微細な金属粉末を精密なパターンで溶融する：

• CADモデルを薄い断面層にデジタルスライスする。
• パウダー層はビルドプラットフォームに均一に広がる
• レーザーが各スライスに基づいて粉体を溶かし、粒子を融合させる
• プラットフォームが下がり、新しいレイヤーが適用され、プロセスが繰り返される。
• 完全に高密度な部品は層ごとに付加的に構築される

保護不活性ガス雰囲気は、ビルド中の酸化を防ぐ。

SLM用素材

SLMには、以下のような多くの金属粉が使用できる：

SLM金属材料

• ステンレス鋼（316L、17-4PH、15-5PH）
• 工具鋼（H13、M2）
• チタン（Ti-6Al-4V）
• アルミニウム (AlSi10Mg)
• コバルトクロム（CoCr）
• ニッケル合金（インコネル625、718）
• 銅合金
• 貴金属

パウダーは通常15～45ミクロンです。合金によっては、印刷を成功させるために特殊なパラメータを必要とするものもあります。

SLM部品の用途

slm製造は、アセンブリをアセンブリ不要の一体型コンポーネントに統合することができます。一般的な用途は以下の通り：

SLM部品の用途

• 航空宇宙 - 軽量構造物、タービン、ブラケット
• 医療 - インプラント、補綴物、手術器具
• 自動車 - 軽量化部品、カスタム設計
• 金型 - コンフォーマル冷却付き射出成形金型
• エネルギー - 複雑なオイル／ガス・バルブ、熱交換器
• 防衛 - 強度が必要なカスタム・ドローン／ロボット部品

SLMは、従来の製造に比べて重量とリードタイムを削減し、最適化された設計を可能にする。

SLM積層造形の利点

SLMを魅力的にする主な利点

• 複雑な形状と微細構造が可能
• 完全に緻密で等方的な材料特性
• 廃棄物の削減 - 必要な材料のみを使用
• アセンブリの統合による軽量化
• デザイン反復のための迅速なターンアラウンド
• 鋳造/鍛造金型のような特別な金型が不要
• カスタム合金とグレード材料が可能

slm製造は、通常では実現不可能な強化されたコンポーネントを製造するほぼ無制限の自由度を提供する。

SLM製造の限界

SLMには、従来の製造と比較していくつかの欠点がある：

• 少量生産では部品コストが高くなる
• ビルド・チャンバーの寸法に基づく限られたサイズ（時間の経過とともに改善される）
• 鋳造や鍛造合金に比べ、材料の選択が制限される。
• 表面仕上げなどの後処理が必要な場合が多い
• チタンやアルミニウムのような反応性粉末の特殊な取り扱い
• 欠陥を特定するための検査方法が必要な可能性
• いくつかの材料における非等方的な特性と構造

課題は、継続的なテクノロジーの進歩によって軽減されている。

SLMシステムサプライヤー

主なSLM装置メーカーは以下の通り：

注目すべきSLMシステム・プロバイダー

• イーオーエス
• 3Dシステムズ
• GEアディティブ
• トルンフ
• レニショー
• DMG森
• シスマ
• マザック
• AMCM

多くはターンキーシステムと粉体ハンドリングおよび後処理装置を提供している。

コスト分析 SLM製造 製造

ほとんどのAMプロセスと同様に、SLMは初期費用は高いが、量産時の部品単価は低い：

• SLMシステム・コスト ～$50万～$100万以上
• ビルドレート ~5-20cm3/時間 (~10-50g/時間)
• 作業時間 ～5～10時間（後処理を含む
• 材料費～$50～200/kg
• 合計部品コストは$500から$5000以上になる。

最も高いコストは人件費、システム投資、材料費。小・中容量では競争力がある。

SLMと金属鋳造および機械加工の比較

プロセス	長所	短所	ベストアプリケーション
SLM	設計の自由度、軽量、短納期、最小限の廃棄物	サイズが限られ、少量生産ではコストが高くなる。	少量および中量の複雑な部品
金属鋳造	ニアネットシェイプ、単純な部品から複雑な部品まで対応可能。	部品を仕上げるための余分な工程、設計上の制約、金型費用	中・大量生産
CNC加工	幅広い材料選択、高精度、良好な表面仕上げ	サブトラクティブ・プロセスによる無駄、少量でのコスト高、ツールアクセスによる設計上の制約	設計が頻繁に変更される低～中ボリューム

それぞれのプロセスには、特定の用途、生産量、目標に適した利点がある。

よくあるご質問

SLMで3Dプリントできる材料は？

最も一般的なSLM材料は、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、コバルトクロム、ニッケル、銅、貴金属の合金である。様々な工具鋼や超合金も可能です。

SLM部品の一般的な精度は？

SLMは、層厚、スキャン戦略、形状、後処理などの要因によって、±0.005 in/in程度の精度で部品を製造できる。重要な表面は機械加工が必要な場合があります。

SLM部品にはどのような後処理が必要ですか？

一般的なSLMの後処理には、サポート除去、応力除去、表面研磨/ライニング、内部ボイドを除去するための熱間静水圧プレス、必要に応じて熱処理などが含まれる。

SLMは機能的に傾斜した材料を作ることができるか？

そう、SLMは、造形物のさまざまな位置で原料組成と微細構造をインテリジェントに変化させることで、複雑な傾斜構造を造形することができる。

SLMは大量生産に適しているか？

現在、SLMは、設計の柔軟性とカスタマイズされた特性の利点がコストを正当化する、数千個までの少量から中量の生産部品に最も適している。

SLMは、アディティブ技術を用いた画期的な性能向上を可能にする。この技術が成熟するにつれて、コスト競争力が高まるだろう。

結論

選択的レーザー溶融は、かつては不可能だった複雑で最適化された形状を可能にすることで、あらゆる産業の製造に革命をもたらした。SLMは、集光レーザーで粉末層を融合させることにより、3Dモデルデータから高密度の機能的金属部品を製造する。少量生産ではコストはまだ高いが、SLMは性能向上のために部品設計を再考する前例のない自由度を提供する。材料は、チタン、アルミニウム、スチール、ニッケル、コバルト合金などの金属から継続的に拡大しています。技術の進歩に伴い、SLMはより大量生産が可能になり、従来の製造を補完する利点が生まれるでしょう。SLMは、設計者やエンジニアに新たな可能性を開き続けている。

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