金属3Dプリンティングの基礎：粉末媒体と高エネルギープロセス
金属3Dプリンティングは急速に成熟し、初期の誇大広告を超えて、拡張性と信頼性のある生産手法となりました。強靭で複雑な部品を生産する能力が、多様な産業用途を支えています。 すべての金属積層造形技術は、粉末ベースの原料と高エネルギーステップ——造形中または後処理中のいずれか——に依存し、粉末を緻密な金属へ変換します。 本稿では、金属3Dプリンティングにおける粉末原料と高エネルギープロセスの重要な役割を掘り下げます。 金属3Dプリンティング原料は通常、金属粉末を含み、生粉末またはバインダー内の形態を取ります。一部技術がワイヤー原料を使用しますが、粉末が依然として主流です。 なぜ金属3Dプリンタは粉末を好むのか？ 積層造形には材料の精密な堆積が必要です。プラスチックフィラメントは加熱・ノズル押出可能ですが、ほとんどの金属は融点が1,100℃以上で、押出は非現実的。溶融金属との長時間接触に耐える材料は少なく、装置製造が困難になります。 ワイヤー給金属プリンタはアーク溶接で部品を融合し、多くの場合機械加工が必要な表面を生み、内部応力による反りを招きます。 粉末ベースプロセスは、プリンタコンポーネントを溶融金属から保護します。プリンタはレーザーで高度に局所化されたエネルギーを供給するか、低エネルギービルド後に高エネルギー焼結ステップを炉で実行します。 焼結は温度を徐々に上昇させ残留バインダーを気化させます。金属の融点に近づくと、粒子が融合し緻密で強靭な部品になります。 ルーズパウダー vs バインダーパウダー。 ルーズパウダーは産業用金属3Dプリンティングで一般的ですが、安全リスク——高い可燃性と吸入危険——があり、管理環境とPPEを必要とします。Metal FFFで使用されるバインダーパウダーはより安全で低可燃性、専用PPEや部屋が不要です。ただし、バインダー除去と焼結の追加ステップを要します。 金属積層造形では、プリンタが原料の化学相を変化させます。プラスチックが200〜400℃で溶融するのに対し、金属は1,100〜1,400℃を必要とします。したがって、すべての金属3Dプリンティングプロセスは高エネルギーステップを含みます。 この高エネルギーステップのタイミングと適用は技術により異なります： 造形中——局所融合。 一部プロセスはレーザーや電子ビームで金属層をその場で溶融。この精密で孤立したエネルギー供給は、通常後処理熱処理を必要とする内部応力を生みます。 造形後——炉焼結。 他システムは低エネルギー入力で部品を構築し、その後高エネルギー炉で粉末を融合。このアプローチは内部応力を低減しますが、追加の焼結ステップを加えます。粉末金属媒体
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