SLSプロセスでの材料の浪費を最小限に抑える

アディティブマニュファクチャリング技術が従来の機械加工に勝る主な利点の1つは、製造プロセス中に発生する材料廃棄物の劇的な削減です。これは具体的なコスト削減につながるだけでなく、真に持続可能で費用効果の高い技術としての積層造形の強力な根拠となるのにも役立ちます。選択的レーザー焼結（SLS）法は、印刷実行の最後に廃棄物を再利用できる可能性があるため、この点で特に魅力的です。これは、材料費を大幅に削減する機会です。印刷が完了すると、粉末床に残っているすべての材料を簡単に収集して次のプロジェクトで再利用できます。これにより、理論的には材料の無駄が完全になくなります。ただし、実際には、「アップサイクリング」プロセスはそれほど単純ではありません…

（執筆時点で）単に残った粉末を集めて再利用することは、特定の材料では実行できないことに注意することが重要です。たとえば、現在印刷に利用できる木質ポリマー複合材料は、材料の品質と純度によって制限されており、材料分離の技術が利用可能になるまでリサイクルには適していません。同様の問題は、SLSプロセスの副産物が残りの粉末の化学的品質に影響を与える可能性がある、広く使用されている多くの金属粉末で発生します。また、焼結プロセス中の最高レベルの精度でも、必然的に粉末床に余分な粒子が存在し、部品に付着せずに融合し、材料のサイズ分布に影響を与え、再利用すると不整合が生じます。

リサイクルプロセスが材料（金属とプラスチックの両方）の機械的品質に影響を及ぼし、したがって、特にAMがプロトタイピングではなく生産に使用される場合、将来のビルドでのユーザビリティに影響を与える可能性があるかどうかについても懸念があります。この分野と、積層造形の持続可能性とコストの両方に対する潜在的な影響について、現在進行中の学術研究があります。特に、積層造形に使用される原材料が非常に高価であり、印刷部品を最も正確な仕様で納品する必要がある航空宇宙などの産業では、機械的特性に影響を与えることなく未使用の原材料をリサイクルできると、生産ツールとしてのAMのビジネスケース。

これに照らして、多くの企業がSLSやその他のプロセスでこれらの問題を解決する方法を模索し始めており、可能な限り多くの残りの粉末をリサイクルできるようにしています。たとえば、ガスフローをプリンタに組み込んで、焼結プロセス中に生成された副産物をろ過することができます。印刷が完了すると、残りの材料は自動的にふるいにかけられるため、融合した粒子はすべて除去され、粒子サイズの分布は一定に保たれます。同様に、レニショーAM250などの特定のSLSマシンには、印刷中に水分、窒素、酸素を除去して粉末床への化学変化を最小限に抑える密閉ビルドプラットフォームが組み込まれています。

ここでの課題は、印刷後に再利用できる残りの材料の実際の量が、材料の選択、プリンターのモデル、および使用される特定のAM技術によって大きく異なることです。極端な場合（上記の対策が講じられていない機械を使用する場合など）、リサイクル可能な材料がない可能性があります。これは、特に継続的な材料費が大きな懸念事項である場合は、新しい3Dプリンターに投資する前に検討する必要があります。よく考えられた大量梱包と生産スケジューリングと組み合わせると、材料の無駄を最小限に抑える効果的なアプローチは、積層造形の全体的なコストを削減し、より先進的な企業が生産ツールとしての使用を模索することを奨励します。