金属3D印刷：直接エネルギー蒸着とは何ですか？

直接エネルギー沈着（DED） は、堆積時に材料を溶融および溶融することによって部品を作成する、いくつかの類似した金属3D印刷技術のシリーズです。 DEDは新しい部品の製造に使用できますが、通常、損傷したコンポーネントの修理と再構築に使用されます。主要な金属3D印刷技術の1つであるDEDは、航空宇宙および防衛、石油およびガスなどの主要産業、および海洋産業ですでに利用されています。今日のチュートリアルでは、DEDプロセス、その利点と制限、および既存の使用例について説明します。

DEDはどのように機能しますか？

Direct Energy Depositionは、3Dレーザークラッディングや指向性光の製造など、いくつかの異なる名前で呼ばれることがあります。さらに、DEDでモデル化された特定の独自技術は、交換可能に使用されることがあります。電子ビームアディティブマニュファクチャリング（Sciaky）、レーザーエンジニアリングネットシェーピング（Optomec）、高速プラズマ蒸着（Norsk Titanium）、またはワイヤーアークアディティブマニュファクチャリングです。各プロセスの動作は少し異なりますが、その背後にある原理は同じです。

DEDプロセスでは、金属粉末またはワイヤーの形で供給される原料が供給ノズルから押し出され、集束熱源（最も一般的にはレーザーですが、可能性があります）によって溶融されます。また、電子ビームまたはアーク）であり、ビルドプラットフォームに連続して追加されます。熱源と供給ノズルの両方がガントリーシステムまたはロボットアームに取り付けられています。このプロセスは通常、不活性ガスで満たされた密閉チャンバー内で行われ、材料特性をより適切に制御し、不要な酸化から材料を保護します。

動作中のテクノロジーを確認してください：

資料

DEDは、次のようなさまざまな金属をサポートしています。

• チタン合金
• ステンレス鋼
• マルエージング鋼
• 工具鋼
• アルミニウム合金
• 高融点金属（タンタル、タングステン、ニオブ）
• 超合金（インコネル、ハステロイ）
• ニッケル銅
• その他の特殊材料、複合材料、傾斜機能材料

特に、DEDで使用される材料は、粉末床金属AMで使用される金属粉末よりも大幅に安価です。

直接エネルギー沈着：長所と短所

DEDテクノロジーは何年も使用されており、さまざまなメリットがあります。

• 部品の修理に最適：部品の粒子構造を制御できるため、DEDは機能的な金属部品の修理に適したソリューションになります。

• より大きな3Dプリントパーツ ：通常、より小さく高精細なコンポーネントを生成する粉末床金属AMプロセスとは対照的に、一部の独自のDEDメソッドは、より大きな金属部品を生成できます。たとえば、Sciakyによって開発されたElectron Beam Additive Manufacturing（EBAM）テクノロジーは長さ6メートルを超える部品を製造することができます。

• 高速印刷 ：通常、DEDマシンは高い材料堆積率を持っています。たとえば、一部のDEDプロセスでは、1時間あたり最大11kgの金属の速度を達成できます。

• 材料の無駄が少ない ：SLMおよびDMLSプロセスでは、粉末がビルドプラットフォーム上で拡散され、選択的に融合されるため、多くの場合、再利用する必要のある未融合の粉末が大量に残る可能性があります。契約では、DEDを使用すると、必要な量の材料のみがデポジットされます。リサイクルする廃粉がないため、材料の効率的な使用とコスト削減につながります。

• マルチマテリアル機能 ：DEDを使用すると、構築プロセス中に粉末またはワイヤーを変更または混合して、カスタム合金を作成できます。このテクノロジーを使用して、同じビルド内の2つの異なる材料間に勾配を作成し、パーツのより強力な材料特性を実現することもできます。

• 高品質の金属部品 ：DEDは、同等の鋳造または鍛造材料と同等またはそれ以上の機械的特性を備えた高密度部品を製造します。 DEDで製造された部品もネットに近い形状に達する可能性があるため、後処理はほとんど必要ありません。

• ハイブリッド製造機能 ：DEDは、ハイブリッド製造ソリューションを作成するためにマシニングセンターに統合するのに適した数少ない金属3D印刷技術の1つです。多軸加工システムに蒸着ノズルを取り付けることにより、非常に複雑な金属部品をより速く、柔軟性を高めて製造できます。

DEDの制限は何ですか？

DEDの制限には次のものがあります。

• 低解像度： 直接エネルギー蒸着で製造された部品は、解像度が低く、表面仕上げが悪い傾向があるため、二次加工が必要になり、プロセス全体に時間とコストがかかります。

• サポート構造なし： DEDは、オーバーハングなどの特定の形状の部品の生産を制限するサポート構造の作成には適していません。

• コスト： DEDシステムは通常、非常に高価であり、コストは500,000ドルを超えます。

直接エネルギー堆積：機械

以下の表に、DEDプロセスに基づいて独自のテクノロジーを開発した主要企業と、利用可能なマシンおよびそのビルドボリュームをまとめました。

メーカー システム名 ボリュームの構築 Sciaky EBAM®68711x635x1600mmEBAM®881219x89x1600mmEBAM®1101778x1194x1600mmEBAM®1502794x1575x1575mmEBAM®3005791x1219mm x 1219mm オプトメック LENS 450100 x 100 x 100 mm LENS MR-7300 x 300 x 300 mmLENS 850-R 900 x 1500 x 900 mm LENS 860 Hybrid860 x 600 x 610 mm BeAM Modulo 250400 x 250 x 300 Modulo 400650 x 400 x 400Magic 8001200 x 800 x 800 InnsTek MX-600450 x 600 x 350 mm MX-10001,000 x 800 x 650 mm MX-Grande4,000 x 1,000 x 1,000 mm DMG Mori（ハイブリッド） LASERTEC 65 3D735 x 650 x 560 mm

一般的な使用例

DEDは、航空宇宙、石油およびガス、防衛、海洋、建築など、さまざまな業界で成功裏に適用されています。航空宇宙メーカーは、衛星や軍用機の構造部品を製造するためにこの技術をますます使用しています。たとえば、ロッキードマーティンスペースは最近、衛星用のチタン燃料タンクのドームを構築するためのSciakyのEBAMプロセスを認定しました。この技術を利用することで、部品の製造時間を87％短縮し、リードタイムを2年から3か月に短縮することができました。

DEDは、民間航空機の構造部品にも検討されています。 。一例として、最近FAAが承認したボーイング787ドリームライナー用の航空機用チタン部品があります。これはNorskTitaniumによって製造されています。ノルウェーの会社は、独自のRapid Plasma Depositionテクノロジーを使用しました。これは、DEDテクノロジーの一種であり、従来の製造方法と比較して、バイツーフライ比を大幅に向上させるのに役立ちました。現在、チタン部品が量産に入ると、ボーイングは飛行機1機あたりの製造コストを200万ドルから300万ドル削減すると見込んでいます。

DEDテクノロジーは、金属部品の製造に加えて、損傷した部品の修理に最適です。強力な冶金学的結合とDEDが生成できる微細で均一な微細構造のおかげで、タービンブレードや射出成形ツールインサートなどのコンポーネントを再調整できます。 DEDは、摩耗した部品、金型、または金型を修理することにより、部品の寿命を延ばしながら、部品の交換に関連するダウンタイムとコストを大幅に削減します。

さらに、DEDを使用してパーツを変更できます。たとえば、この技術を使用して耐摩耗性の表面硬化層を堆積させることにより、部品の耐摩耗性と耐食性を向上させることができます。

DEDの未来

DEDは、高価値の機器や特注の金属部品、特に大型の機器の作成または効率的な修理を必要とする業界に多くの利点を提供します。将来的には、特にハイブリッド製造のエキサイティングなトレンドにより、このテクノロジーのアプリケーションの範囲が拡大すると予想されます。 DEDは、従来の製造技術との統合を通じて、革新的で費用効果の高い生産機会を求めて業界に進歩をもたらすことができます。