選択的レーザー焼結（SLS）：3Dプリント完全ガイド

選択的レーザー焼結（SLS）は、3Dプリントにおける積層造形技術の一つです。

SLS 3Dプリントとは？

SLS技術は高出力レーザーで微小ポリマー粉末粒子を焼結し、固体構造の3Dモデルを形成します。

機械、材料、ソフトウェアの進歩により、選択的レーザー焼結プロセスは3Dプリント業界で広く受け入れられています。数年前まではわずかなハイテク産業しか手が出せませんでしたが、今では多くの企業がこれらの積層造形プロセスを活用しています。何より重要なのは、SLSが3Dプリントのホビーストとプロフェッショナルに人気がある理由：パーツ単価が安く、生産性が高く、実績ある材料が使えるからです。

SLSとSLAの違いは？

光造形（SLA）は最も一般的で人気のある樹脂3Dプリント技術です。高精度で等方的かつ水密性のあるプロトタイプと最終用途パーツを製造できるため、さまざまな用途で広く使用されています。では、SLSプロセスとSLAの主な違いは何でしょうか？

SLAは主に液体を使用し、SLSは粉末を使用します。両技術ともレーザーを使用しますが、異なる波長で動作し、樹脂内のエポキシを硬化させます。SLSは高出力レーザーで金属粉末を焼結・圧縮します。一方、SLAはより低いピークパワーで使用可能です。SLSの方がタフで安価です。一方、SLAはより厳しい寸法公差を持つパーツを提供します。

射出成形とは？

射出成形は、溶融材料を金型に注入してオブジェクトやパーツを製造する製造プロセスです。ガラス、エラストマー、金属、菓子、熱可塑性プラスチックなど多数の材料を使用します。

SLSとFDM、どちらが優れているか？

SLSとFDM 3Dプリントは、3Dプリント業界で普及している積層造形プロセスです。それぞれメリット・デメリットがあり、根本的な違いを理解して自身の3Dプリントニーズに合う方を選ぶ必要があります。

FDM（熱溶解積層法）またはFFF（熱溶解フィラメント造形法）は積層造形技術です。FDM 3DプリンターはABSやPLAなどの溶融熱可塑性フィラメントをプリンターのホットエンドから押出します。 加熱ノズルがプラスチックを層ごとにパーツへ適用し、プロセス完了まで繰り返します。

一方、選択的レーザー焼結（SLS）は、レーザーで粉末粒子を圧縮・焼結し、3Dモデルに基づいて固体構造を形成する積層造形プロセスです。

SLS 3Dプリント技術は航空宇宙、医療機器、エレクトロニクスなど幅広い産業用途があり、大型SLS 3Dプリンター（非常に高価）の使用を要します。一方、FDM 3Dプリント技術は最も安価な積層造形レイヤー技術であり、大企業のような大きな予算がない人にとって第一選択肢です。

プリンターによりますが、SLSのリードタイムはFDMより短い傾向があります。プリント速度はSLSが48 mm/h、FDMが50〜150 mm/hです。後処理もSLSとFDMで違いが現れる領域です。SLS後処理はシンプルで、3Dモデル構築中にサポート構造として機能した未焼結粉末を清掃するだけです。手動または圧縮空気で後処理可能です。対照的に、FDMの後処理方法は複雑です。サポート構造の不適切な溶解は3Dプリントモデルを損傷させる恐れがあります。超音波洗浄機やガラス容器など専用機器が必要で、後処理コストが増大します。

SLSのメリットは？

SLS 3Dプリント技術は、産業用途と個人用途の両方で人気を博す多くのメリットを提供します：

• 高い寸法精度
• 比較的高い解像度
• 短納期
• 高い引張強度と剛性
• 堅牢な3Dプリントパーツを製造
• 経済的なプリントコスト

SLSとSLMの違いは？

3D選択的レーザー焼結（3D SLS）は、高出力レーザーでバルク粉末工業材料を原子レベルで融合させます。一方、選択的レーザー溶解（SLM）は粉末材料を溶融点まで加熱して結合させます。一般的に両者は似たプロセスですが、使用材料で大きく異なります。より重要なのは、SLMはSLSと同様に振る舞いますが、より多くの機能を果たせることです。例えば、SLMはレーザー技術で粉末材料をビーム照射し、溶融点まで加熱します。SLMは長期的にSLSより堅牢な3Dモデルを作成し、ボイドが少ないまたはゼロのため、パーツ故障が最小限またはゼロです。

選択的レーザー焼結（SLS）とは？

レーザーが微小粒子を選択的に焼結・融合し、層ごとに3Dモデルを作成します。SLSプリントは、良好な機械的特性を持つ機能部品の試作を可能にします。

SLSの仕組み

選択的レーザー焼結プロセス

SLS 3Dプリントプロセスでは、薄い粉末材料をビルドプラットフォームに塗布し加熱します。レーザーで粉末材料を融点抵抗温度以下まで加熱します。次に、SLS 3Dプリンターレーザーで最初の層のパーツ幾何学の断面をトレースします。レーザーは粉末材料を溶かす十分なエネルギーを供給します。また、さまざまな複合材料粉末は低粘度と表面張力を必要とし、認識可能な溶融プールを形成して合流します。周囲の複合材料粉末は固体のまま、溶融形状の形状を保持します。この時点で、ビルドプラットフォームが一層分下がり、次の層のためのスペースを確保します。同時にスイーパーが表面を横切り、リザーバーから余分な材料を拾い上げ、ビルドプラットフォームに粉末粒子を堆積させて次の層を作ります。粉末塗布プロセスと層溶融を繰り返し、パーツ全体が完成するまで続けます。

SLS 3Dプリントの強度は？

SLS 3Dプリントされたナイロンパーツの機械的特性は、強靭で剛性があり耐久性があります。これがSLS 3Dプリントが耐久性と耐衝撃性を備えた最終パーツの構築で有名な主な理由です。Nylon 12パウダーは人気のSLS 3Dプリント材料で、強力な材料引張強度と耐久性で知られています：

• 引張強度 50 MPa
• 引張弾性率 1850 MPa
• 破断伸び（X/Y） 11%
• 破断伸び（Z） 6%

SLSは通常の3Dプリントとどう違うか？

選択的レーザー焼結（SLS）3Dプリント技術は、レーザーで粉末ナイロン材料を加熱して3Dモデルを作る点で、従来の3Dプリントと異なります。一方、通常の3Dプリントプロセスはホットエンドでプラスチックフィラメントを加熱・押出し、ヒートベッド上に積層して3Dモデルを構築します。また、SLS 3Dプリントは通常の3Dプリントより高解像度で寸法精度の高いプリントパーツを生成します。ナイロン材料特性によりSLSパーツは高い引張強度と剛性を持ちます。何より重要なのは、選択的レーザー焼結はサポート構造を必要としないことです。未焼結粉末ベッドがプリント中にパーツを包み込み保持します。従来の製造法はプラスチックパーツの少量生産で知られています。通常の3Dプリントプロセスは複数コンポーネントの生産を大幅に改善し、生産量の増加をもたらしました。しかし、SLSマシンは複雑な形状の生産を実現しました。例えば、SLSでは動くインターロックパーツを製造可能です。つまり、SLSマシンでは高度に複雑な所望の三次元形状をプリントできます。

SLSプリントの速度は？

SLSマシンは、Nylon 12パウダーなどの一貫した機械的特性を持つ積層材料で3Dモデルを作成します。では、SLSプリントマシンの速度はどのくらいでしょうか？ SLSプリンターは複雑な幾何学形状のプリントを可能にします。プリント速度は20 mm/hで、最小層厚は0.05 mm。プリンター速度は最大48 mm/hに達します。

SLSはレーザーを使用するか？

はい！選択的レーザー焼結プロセスは、機能プロトタイピング用パーツなどを製造するためにレーザーを使用します。また、フィーチャー構築にサポート構造を必要としません。SLSは積層造形レイヤー技術として、二酸化炭素レーザーなどの高出力レーザーを使用し、コーティングされた粉末の微小粒子を焼結・融合させ、所望の三次元形状の塊を形成します。

SLSのメリット・デメリット

SLS 3Dプリントは、詳細な内部コンポーネントやパーツ動作を支える機械ジョイントを備えた複雑な形状のプリントで人気です。しかし、この技術を採用する前にSLS 3Dプリントのメリットとデメリットの両方を理解することが重要です。

メリット

• バッチプリントが容易
• プリントにサポート構造が不要
• 詳細で複雑なプリントを生成
• 実験用途に適している
• 高速3Dプリントを提供
• 堅牢なプリント交換パーツを製造
• 高い寸法精度を提供

デメリット

• 原材料の種類が限られる
• FDM/SLAからSLS 3Dプリントへの移行が困難
• 材料のリサイクルが不可能
• 潜在的な健康リスク
• 脆いパーツ
• 後処理が困難

SLSプリントは高価か？

従来、SLS 3Dプリントは高価で多くの企業にとって手が届きませんでした。高価なSLSプリンターがコスト高の要因です。SLSマシンが高価なのは、高出力・高品質レーザーの統合、SLSマシンによる粉末粒子の予熱、SLSマシンの複雑な構成によるものです。結果として、SLSプリントシステムは専門家のトレーニングを必要とするため高コストです。産業用SLS 3Dマシンの市場価値は約10万ドルから始まり、多くの企業にとって手が届きません。

SLSはSLAより強いか？

SLSプリントとは選択的レーザー焼結です。SLA（光造形）技術が滑らかな表面仕上げの高精細プリントを作成するが脆いのに対し、SLSはより強力な3Dプリントパーツを生成します。樹脂解像度によりますが、SLAプリントパーツは強靭だが脆いです。したがって、SLSは高い柔軟性と耐久性を備えたより堅牢な選択肢です。SLSパーツのタフさと柔軟性は機械部品の構築に求められます。ただし、滑らかな表面仕上げの利点はありません。SLS材料は粗い表面の3Dパーツを生成します。

結論

選択的レーザー焼結（SLS）は、レーザーでSLS材料の粉末を焼結・圧縮する人気の3Dプリント技術です。3Dラピッドプロトタイピングや、耐久性・柔軟性・堅牢性を備えた固体プリントパーツが必要なその他の産業用途で使用されます。SLS 3Dプリントは、FDM 3Dプリントで一般的な熱可塑性ポリウレタンではなく粉末ナイロンを使用します。SLS技術は積層造形技術であり、パーツが完成するまで層ごとにプリントします。