直接金属レーザー焼結（DMLS）：機能的金属パーツのための先進 3Dプリント技術

直接金属レーザー焼結（DMLS）は、3Dプリントの粉末床融解（PBF）カテゴリに属し、SLS 技術と似ています。しかし DMLS では、プラスチック粉末の代わりに金属粉末を使用し、機能試作と量産パーツの両方に使用できる金属パーツを作ります。

直接金属レーザー焼結技術は、選択的レーザー溶解（SLM）技術と似ていますが、両プロセスの違いは金属粉末融解に使用する温度です。SLM は名前の通り、金属粉末を完全に液体になるまで加熱します。DMLS は金属粉末を溶かさず、粒子表面が溶着する程度まで焼結します。とはいえ、両用語（SLM と DMLS）は 3Dプリント業界でしばしば交換可能に使用されます。

DMLS の仕組み

直接金属レーザー焼結プロセスは 6 つの基本ステップで構成されます：

• ステップ 1 － DMLS プロセスは、3D 設計 CAD ファイルデータを極薄の単一層にスライスし、各層の 2D モデルを生成することから始まります
• ステップ 2 － マシンは高出力光学レーザーを使用し、ビルドチャンバー内には不活性ガスが充填されます
• ステップ 3 － 材料供給プラットフォーム、ビルドプラットフォーム、およびビルドプラットフォーム上に新しい粉末を層ごとに移動させるローラーがあります
• ステップ 4 － ビルドプラットフォーム上に粉末を敷いた後、レーザーがこの層のパスを開始し、粉末を選択的に焼結して固体化します。粉末層追加と焼結のシーケンスがパーツ全体が完了するまで続きます
• ステップ 5 － 冷却後、周囲のルーズな金属粉末をプリンタから除去します。最終ステップにはサポート構造除去とその他の後処理が含まれます
• ステップ 6 － DMLS パーツは、従来の金属加工で製造された金属パーツと同様に、さらなる加工（機械加工、熱処理、表面仕上げなど）が可能です

DMLS 3Dプリント用材料

DMLS で最も一般的に使用される材料の中から、Xometry では以下を提供しています：

• アルミニウム：AlSiMG など
• 鋼：ツールスチール MS1、ステンレス鋼 17-4、ステンレス鋼 316L
• インコネル：インコネル 718 など

DMLS 技術の利点

DMLS を際立たせる最も重要な要因は以下の通りです：

DMLS は複雑な設計を可能にする

DMLS の主な利点は、従来製造技術では不可能またはコストが高すぎるパーツを製造できることです。DMLS の真価は、エンジニアが統合ファスニング機能、長く狭いチャネル、メッシュ構造などの複雑な形状を持つパーツを設計したときに発揮されます。DMLS は、複数パーツを単一設計に統合するオールインワンアセンブリを実現し、パーツ数、組立時間、故障率を削減します。

短いターンアラウンドタイム

従来プロセスでは、治具や固定具を含むマシンセットアップに多くの時間を要しますが、DMLS ではランナップや工具準備なしでオンデマンドプリント可能なため、CNC 加工より短いリードタイムで完了します。リードタイム短縮と効率的な試作プロセスの組み合わせにより、ターンアラウンドタイムが削減されます。これは DMLS の最大の利点の一つです。

DMLS は軽量かつ耐久性のあるコンポーネントを実現

インコネル 718、AlSi10Mg、コバルトクロムなどの超合金で製造されたパーツは、従来機械加工品と比較して軽量であることが知られています。例として、GE の有名な LEAP エンジン用 3Dプリント燃料ノズルは、従来 20 個の個別パーツを独立サプライヤーから調達していましたが、直接金属レーザー焼結（DMLS）により、単一ピースで 25% 軽量化し、5 倍の強度を実現しました。

DMLS は廃棄物を削減

レーザーに触れなかった金属粉末はリサイクル・再利用可能です。粉末リサイクルは価格低減にもつながります。従来の CNC のようなプロセスでは、必要な設計に合わせて金属ブロックを削る際に発生するチップの形で大量の廃棄物が生じ、リサイクルが非常に困難です。DMLS では廃棄物が大幅に少なくなります。

DMLS 技術の考慮事項

DMLS の利点がある一方、いくつかの考慮点もあります。最大の競合は CNC などの従来機械加工技術です。

DMLS にはサポート構造が必要

DMLS は粉末ベース融解カテゴリに属するため、サポート構造は避けられず、後処理で除去する必要があります。後処理では、金属プリントパーツを従来製造の生金属パーツと同様に扱うため、DMLS で製造されたパーツは即使用可能ではなく、追加作業が必要です。

DMLS パーツは粒状の表面仕上げ

DMLS 造形表面は CNC 加工ほど滑らかではなく、望む表面テクスチャを得るのも容易ではありません。仕上げ向上と美観改善のために後処理が必要な場合、コストもそれに応じて増加します。

DMLS パーツの量産コストが高い

大量生産は業界全体で依然として大きな決定要因であり、ここは DMLS が従来技術に遅れをとっている分野です。3Dプリンタがオブジェクトを造形する速度は、従来の組立ラインとは比較になりません。したがって、DMLS は主に単品〜小ロット向けに推奨されます。

材料選択の制限

一般的に金属 3Dプリントでは材料選択が少なく、必要なパーツに特定の材料が必要な場合、制限要因となり、製品に求める技術的特性を決める際に考慮すべきです。

造形ボリュームの制限

大型パーツが必要な場合は、常に CNC 加工が適しています。例えば、DMLS で推奨される標準パーツサイズは最大 250 × 250 × 325 mm ですが、CNC 加工では最大 2000 × 800 × 1000 mm です。このサイズ比較は、粉末ベッドサイズの制約により、3Dプリントが巨大パーツの製造に不向きであることを明確に示しています。

収縮と限定的な再現性

DMLS では自然な収縮プロセスにより、同一パーツを製造するのは非常に困難です。例えば、初回プリントパーツと 10 回目プリントパーツでは、垂直方向（Z 方向）で少なくとも 2% の誤差が生じ、収縮が発生します。寸法変化は、熱収縮、焼結収縮、焼結中の金属粒子落下による膨張の 3 要因の組み合わせによって引き起こされます。

Xometry の DMLS 3Dプリントサービス

Xometry Europe は、オンデマンド 3Dプリントプロジェクト向けに DMLS サービスをオンライン提供しています。ヨーロッパ全域で 2,000 社以上のパートナーネットワークにより、3〜5 日で DMLS 3Dプリントパーツを納品可能です。CAD ファイルを Xometry インスタント見積もりエンジンにアップロードし、DMLS 3Dプリントで利用可能な様々な製造オプション付きの即時見積もりを取得してください。