金属3D印刷101

多くの人にとって、金属3D印刷と製造業との関係は限られています。しかし、技術がより利用しやすくなるにつれて、それは製造および生産施設で利用されてきました。このブログ投稿では、企業が最初に金属3D印刷を選択する理由と、さまざまな金属積層造形技術がどのように機能するかについて説明します。

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金属積層造形を選択する理由

金属3D印刷は、従来の金属加工方法に比べて多くの利点をもたらします。すべての形態の積層造形に共通する1つは、部品あたりのコストが少量生産と大量生産で同じであるということです。これにより、手頃なコストでカスタムパーツの少量生産が可能になります。もう1つの利点は、複雑さがないことです。 CNCに数千ドルの費用がかかり、複数の機械のセットアップを必要とする複雑なコンポーネントは、わずかな価格でわずかな労力で3Dプリントできます。これは、機械加工が難しい金属に特に有利です。 3D印刷プロセスは付加的なものであるため、チタンやインコネルなど、通常は切断が難しい材料をはるかに少ない労力で印刷できます。最後に、金属積層造形は、他の方法では作成できない部品を製造する可能性があります。これにより、エンジニアは、従来の製造の一般的な制約に妨げられることなく、コンポーネントをその機能に合わせてより具体的に設計することができます。 ‍

金属積層造形はどのように機能しますか？

金属3D印刷にはさまざまな種類があり、プラスチック印刷と同様に、それぞれがさまざまな製造目標に適しています。それらすべてが共有する中心的な考え方は、金属部品を層ごとに構築する行為です。以下は、金属積層造形の最も一般的な4つのタイプとその仕組みです。

パウダーベッドフュージョン

このファミリのプリンタは、ビルドプレート上に粉末の微細な層を均等に分散させてから、各層で部品の断面を選択的に溶融します。このカテゴリで聞いたことがあるかもしれないいくつかの技術には、選択的レーザー溶融（SLM）、直接金属レーザー焼結（DMLS）、および電子ビーム溶融（EBM）が含まれます。

粉末床溶融法の利点の1つは、非常に高い解像度を実現できることです。これは、小さい部品やより正確な部品に役立ちます。欠点は、これらのマシン（施設のアップグレードと後処理装置を考慮に入れると）のコストが100万ドル以上になることです。さらに、ユーザーは危険な金属粉末を直接扱っているため、特別な注意を払う必要があります。

直接エネルギー沈着（DED）

DEDプロセスでは、プリントヘッドから金属原料を堆積および溶融して、部品の層を構築します。 DEDマシンには、電子ビーム積層造形（EBAM）とレーザー材料蒸着（LMD）が含まれます。

DEDマシンは非常に大きな部品に最適であり、金属粉末を使用しないため、粉末ベースの技術と同じ予防措置を必要としません。欠点は、これらのプリンターの解像度が低くなる傾向があり、パウダーベッドのプリンターと同じくらいコストがかかることです。

バインダー噴射

粉末床融合と同様に、これらのプリンターは金属粉末の層を分配しますが、レーザーで焼結する代わりに、各層にバインダーを分配します。これにより、接着が緩い金属部品が作成され、炉内で焼結されて最終的な金属部品が生成されます。焼結によりバインダーが溶け出し、粉末が融点のすぐ下まで均一に加熱され、部品が最終的な金属部品に溶け込みます。

バインダージェット技術は、他の方法よりもはるかに迅速に精密部品を製造できるため、有利です。一度に数十の部品を印刷してから、大型の炉で焼結できるため、生産レベルの3D印刷が可能になります。粉末床融合法と同様に、バインダージェットは非常に高価であり、参入障壁が高くなります。システムのコストは100万ドルを超え、金属粉末を処理するには特別な手順が必要です。

バウンドパウダー押し出し

この新しい形の金属AM、およびMarkforged Metal Xで採用されている方法では、ワックス状のポリマーに結合した金属粉末を使用して部品を作成します。この金属とプラスチックの混合物は、FFF 3D印刷と同様に、ノズルを介して溶融および印刷されます。その後、非金属粒子を除去して最終的な金属成分を生成するために、この「緑色」の部分を溶剤で洗浄し、バインダー噴射と同様に特殊な炉で焼結します。

結合粉末押出成形は、他のオプションよりも大幅に安価で、200,000ドル未満です。また、はるかに安全でユーザーフレンドリーです。フィラメント内に結合した場合、粉末はもはや危険ではありません。欠点の1つは、マルチステッププロセスのため、パーツの作成に時間がかかる可能性があることです。

金属積層造形は多様なプロセスに進化し、他の製造方法では提供できないメリットをもたらしています。システムの価格が下がり続けているため、金属3Dプリンターが一般的な製造ツールになるのは時間の問題です。金属積層造形のメリットをすでに享受している企業については、ケーススタディをご覧ください。