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アディティブ マニュファクチャリングにおける SLS のプロセス

アディティブ マニュファクチャリングの SLS は、3D CAD 設計を数時間で物理部品に変換するために使用されます。

選択的レーザー焼結の定義は何ですか? SLS は、Selective Laser Sintering、3D 印刷または付加製造 (AM) 技術の略です。 SLS は焼結と呼ばれるプロセスを使用します 、粉末材料が融解温度近くまで加熱され、粒子が結合して固体を形成します。

SLS は多種多様な素材を使用できます — 最も一般的にはナイロンですが、時にはプラスチックや金属も使用します.

以前は「不可能だった」部品を製造する能力 (詳細については続きを読む) と材料の高い回収可能性により、SLS は 1990 年代初頭の商品化以来、産業環境で人気があります。

SLS は、米国国防総省の研究開発機関である国防高等研究計画局 (DARPA) の後援の下、1980 年代にカール デッカードとジョー ビーマンによって最初に開発されました。

SLS 技術は決して新しいものではありませんが、主に産業用アプリケーションで使用されています。 SLS プロセスで使用される精密なレーザーにより、複雑な部品であっても高精度の製造が可能になります。このため、SLS はラピッド プロトタイピングや少量のカスタム パーツの製造に広く使用されています。

一方、強力なレーザーと粉末材料の使用は、特に SLS プリンターが溶融堆積モデリング (FDM) 3D プリンターなどの他の一般的な技術よりもかなり高価であるため、ほとんどの小規模または家庭での使用には実用的ではありませんでした。

最近では、粉末床核融合技術の開発により SLS への関心が復活しましたが、現在では FDM やステレオリソグラフィー (SLA) の人気に遅れをとっています。

選択的レーザー焼結 (SLS):SLS モデルの前処理

すべての積層造形 (AM) 技術には限界があり、SLS (選択的レーザー焼結) も例外ではありません。特に、SLS は鋭いエッジや薄い壁の印刷には適しておらず、これらの機能を組み込んだデザインは前処理中に変更する必要があります。例:

心に留めておくべきいくつかの追加のポイント:

最後に、3D モデルを印刷する準備が整う前に、2D 層 (断面としても知られる) に「スライス」する必要があります。これは、SLS プリンターが粉末材料の各層にレーザーを誘導するために使用します。 SLS のデータ準備を完了するための無料の「スライサー」がいくつか利用可能ですが、信頼性に疑問がある可能性があり、プロのデザイナーは、前処理のニーズに対応する認識されたソフトウェア パッケージを使用することをお勧めします。

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アディティブ マニュファクチャリングにおける SLS のプロセス

選択的レーザー焼結プロセスは、次の点で他の粉末床融合技術のプロセスと似ています:

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  • デザイナーは、コンピュータ支援設計 (CAD) プログラムを使用して 3D モデルを作成します。
  • デザインは薄い (2D) レイヤーに分割されます。
  • 分割されたデザインが SLS プリンターに送信されます。
  • レベリング ローラーが、粉末材料の薄い層をプリンターのビルド プラットフォーム全体に広げます。
  • CO2 レーザーで材料の断面をトレースし、加熱して融合させます。
  • レイヤーが完成したら、ビルド プラットフォームを下げて、次のパウダー レイヤーのためのスペースを確保します。
  • 各層が完成した後、未使用の材料はリサイクルされます。
  • 部品が完成するまで、SLS プロセスが繰り返され、レイヤーごとに構築されます。
  • 印刷プロセス中、SLS パーツは未焼結の粉末に取り囲まれます。この余分な粉末は、印刷中にパーツをサポートし、サポート構造が不要になります。

    選択的レーザー焼結:後処理

    SLS 後処理の最初のステップはパーツの復元です。新たに SLS プリントされたパーツは、部分的に焼結された多孔質の繭状の粉末に包まれています。このプロセスは家庭環境では面倒ですが、SLS は主に工業環境で使用されます。そこでは、圧縮空気の入口を備えた気密エンクロージャを組み込んだ特別に設計されたクリーニング チャンバーが使用されます。

    洗浄が終わると、SLS で印刷された部品は検査およびテストされ、元の仕様を満たしていることが確認されます。 SLS パーツは収縮や反りが発生しやすいため、このプロセスでは各パーツが目的に適合していることを確認する必要があります。

    最後に、ほとんどの SLS パーツは、実際の使用に備えて染色および/またはコーティングされます。染料とコーティングは、次のようなコーティングを含む、純粋な化粧品から高度な機能性までさまざまです。

    SLS マテリアル リカバリー

    残った材料の回収は、SLS 製造プロセスの重要な部分です。

    粉末材料は印刷中に SLS 部品をサポートするため、実際の部品に必要な量よりもはるかに多くの粉末が使用されます。ただし、ビルド チャンバー内のすべての粉末は焼結プロセスを促進するために予熱されているため、「使用済み」の粉末は、将来の SLS 印刷では未使用の粉末よりも効果が低くなります。このため、SLS 印刷の専門家は、SLS 印刷プロジェクトで最大 50% のリサイクル パウダーを使用することを推奨しています。

    さまざまなタイプの SLS システム

    基本的に、SLS システムには、産業用とデスクトップ用の 2 つの異なるタイプがあります。

    産業用 SLS システム

    産業用 SLS システムは数十年にわたって使用されており、航空宇宙、自動車、ツーリングなど、さまざまな業界の主要企業によって使用されています。産業用 SLS システムは、1 つまたは複数の強力な CO2 を使用します レーザー。

    サイズと熱の要件により、工業用 SLS システムには粉末が酸化しないように不活性環境が必要です。その結果、これらのシステムには、空気の取り込みと除去を管理するための特殊な機器も必要になります。また、産業用電源も必要です。

    デスクトップ SLS システム

    デスクトップ SLS システムは、産業用システムと同様のプロセスを使用しますが、小規模ビジネスや愛好家の環境に簡単に適合できるマシンにパッケージ化されています。これらのシステムは、CO2 ではなく低出力のダイオードまたはファイバー レーザーを使用します。 レーザーは、コストの削減に部分的に関与しています。

    サイズが小さいため、デスクトップ システムは焼結プロセスに必要な熱も少なくて済み、特殊な空気管理システムが不要になり、標準の AC 電源で動作できるようになります。

    SLS の資料

    SLS という用語は、通常、プラスチックベースの焼結を表しますが、プラスチック、金属、ガラス、セラミック、および複合材料を含む材料の焼結の包括的な用語としても使用できます。焼結プロセスに必要な温度は異なりますが、プロセスはすべての材料で同じです。

    SLS が金属に適用される場合、通常、直接金属レーザー焼結 (DMLS) という用語が使用されます。プロセスはこの記事の前半で説明したものとまったく同じですが、焼結プロセスにはプラスチック ベースの焼結よりもはるかに多くの熱が必要です。

    SLS の長所と短所

    他の製造プロセスと同様に、SLS には長所と短所の両方があります。

    SLS の利点は次のとおりです。

    SLS の欠点は次のとおりです。

    SLS を使用する場合

    SLS の最も一般的な用途はラピッド プロトタイピングであり、その速度と自立性が理想的です。 SLS を使用すると、設計者は、構造的なサポートを含めたり、射出成形などの従来の製造技術を使用したりする必要性に制約されることなく、さまざまなプロトタイプを簡単に作成してテストできます。

    SLS に依存している業界は?

    その利点により、SLS は航空宇宙、自動車、および医療産業で頻繁に使用されています。

    航空宇宙および自動車メーカーは、主に金属および複合粉末を使用して高レベルの耐久性を実現していますが、医療メーカーは通常、熱可塑性ポリウレタン (TPU) を好みます。TPU は、優れた機械的特性、耐久性、および耐油性と耐化学薬品性を備えた柔軟で耐久性の高いプラスチックです。

    SLS は通常、少なくとも資本設備の購入に関して、価格が主要な考慮事項ではない状況で使用されます。 SLS システムは非常に高価になる可能性があり、これがプロセスが主に産業環境で使用される主な理由です。

    ただし、設備投資はさておき、少量の部品を大量に生産するメーカー - 例えば、プロトタイプ — SLS で実際にコストを節約できます。 SLS は少量の特注部品の製造に広く使用されています。これは主に、多額の金型費をかけずにこれらの部品を簡単に製造できるためです。

    一般的な使用例は次のとおりです:

    SLS の次は?

    現在、SLS は主に産業用途に限定されています。これは主に、SLS 3D プリンターのコストが高いためですが、強力なレーザーと粉末材料を使用するためでもあります。現時点では、愛好家やホーム クリエーターの場合は、FDM や SLA などの他の手法の方が手頃なオプションです。ただし、産業環境では、SLS システムは非常に価値があります。

    ただし、すべての AM 技術と同様に、SLS は、非常に正確で最適化された 3D モデルを作成するメーカーの能力に依存しています。また、SLS の制限、特に薄い壁や鋭いエッジを持つパーツをプリントできないことを考えると、これらのモデルの作成と最適化には特定のソフトウェア機能が不可欠です。

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