金属3Dプリンティング4つのプロセスと材料：包括的ガイド

表1. 金属粉末床溶融結合のメリットとデメリット

メリット	デメリット
粉末床からの固有サポート、サポート不要	一部メーカーは材料組成の範囲が限定的
プリンターから直接滑らかな表面	高品質・高価なレーザーが必要
最小層厚20μm、一般的に35〜50μm	一部システムは比較的遅いビルド
より多孔質なパーツを造形	不安定な溶融プールから高い残留応力
	プリントパーツはすべてのプロセスで等しく強靭ではない。常にEBMパーツより弱く破損しやすい

表2. 指向性エネルギー堆積（DED）のメリットとデメリット

メリット	デメリット
高速プリント速度	装置コストが非常に高い
プリントパーツは高密度・高強度/靭性	サポート構造を造形できず、オーバーハングがプリント不可、用途が限定
高品質機能パーツの修復に使用可能	比較的低いビルド解像度
大型ビルドテーブル利用可能	表面仕上げが悪く後処理必須
ネイティブ材料特性をパーツに反映
最小工具でパーツ生産可能
材料廃棄物削減
カスタム合金(マルチマテリアル範囲能力)でのパーツ構築可能

表3. 金属フィラメント押出のメリットとデメリット

メリット	デメリット
特別なビルド環境不要 - 常温、通常大気	焼結パーツへの後処理が困難
プリントパーツのFFF応力	収縮により完成パーツの寸法制御が困難
同一マシンで幅広い材料対応	パーツ精度はX-Y-Zプリント解像度とはほぼ無関係
低コスト装置	焼結後パーツは低密度で比較的弱い
操作に高度な技術スキル不要
試作に最適

表4. マテリアルジェッティングとバインダージェッティングのメリットとデメリット

メリット	デメリット
特別なビルド環境不要 - 常温、通常大気	二段階プロセス - 粉末床敷設後、接着剤をインクジェットで吐出し層を結合
プリントパーツに内部応力なし	焼結パーツへの繊細な後処理
セットアップ変更なしで同一マシンで幅広い材料対応	正しい収縮を確保するため寸法制御に熟練必要
低コスト装置	完成パーツ精度はX-Y-Zプリント解像度のみの結果ではない
操作に高度な技術スキル不要	焼結前のパーツは脆く脆弱
最小層厚35μm

金属3Dプリンティングは、金属粒子を層ごとに融着させるレーザーベース技術です。この技術は試作、複雑形状パーツの製造、最終用途パーツ、アセンブリ内の金属コンポーネント削減によく使用されます。金属3Dプリンティングは増え続ける材料ファミリで供給され、ジュエリーから航空宇宙、医療、プラスチック製造まで多様な業界ニーズを満たします。一部のプロセスと装置は材料固有で範囲が限定的ですが、他は幅広い材料を使用できます。

詳細は「3Dプリンティング」の記事をご覧ください。

最適な3Dプリンティングタイプの選び方

最適な3Dプリンティングタイプの選択は複雑です。金属3Dプリンティングプロセスを選ぶ際に検討すべき有用なステップを以下に示します：

1. パーツ要件を見直す。例えば、層解像度、微細ディテール再現の必要性、必要な機械的特性、外観品質の考慮などを検討します。
2. パーツの材料ファミリーを選択する。
3. 材料選択後、その材料を使用する利用可能なプロセスを見直し、望む結果を生み出す最適なものを検討する。
4. 材料サプライヤー、時間、コストなどリソースの可用性を確認する。

金属3Dプリンティング材料とは

金属3Dプリンティング材料には長く増え続ける金属タイプオプションのリストがあります。最も一般的な金属タイプは：

1. ステンレス鋼： 一般的に3つの合金グループ：304、316、17-4。多孔質でない場合は耐食性が高く高強度。
2. 工具鋼 D2、A2、H13： 高強度、硬化可能、耐摩耗性、金型とツールに適用可能。
3. チタンとTi64： 軽量パーツに最適で高強度。
4. アルミニウム 7075、4047、6061、2319、4043： 汎用・軽量コンポーネント向けの様々な軽量合金。
5. インコネル® 718、625： 低腐食・高温耐性でエンジンパーツなどに使用。
6. コバルトクロム： 生体医療と航空宇宙用途の超合金。
7. 金/銀： ジュエリーと限定的生体医療用途の純金属。
8. ニオブ、ニオブ-ジルコニウム： 航空宇宙用の高温・高耐化学合金。
9. タンタル： ニオブに似ているがより優れた耐化学性。
10. ハステロイ® ニッケルクロム： タフで耐温度・耐クラック性。タービンと原子力コンポーネントに常用。
11. タングステンと合金： 超高密度材料。放射線シールド、コリメータ、エンジンパーツに常用。

詳細は「金属3Dプリンティングに最適な材料」のガイドをご覧ください。

金属3Dプリンティングはいつ初めて登場したか

実用的な金属3Dプリンターの最も初期の実行はEOSINT M250でした。1994年にElectro Optical Systemsによって発売されました。金属を低温合金と組み合わせ、一次粒子を結合させました。2004年にEOSがEOSINT M270を発売。ダイオードポンプ200Wレーザーで金属原料を溶融する最初のPBFシステムでした。以来、方法、材料、解像度で指数関数的な増加/改善がありました。

まとめ

Xometryは試作と生産のすべてのニーズに対応する金属3Dプリンティングを含む幅広い製造能力を提供しています。金属3Dプリンティングなどの即時見積もりを今すぐ取得してください。

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1. Inconel®はSpecial Metals Corp.のHuntington Alloys部門、Huntington, WVの登録商標です。
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著者：Dean McClements

Dean McClements氏は機械工学の優等学士号を持ち、製造業界で20年以上の経験があります。キャタピラー、オートデスク、コリンズ・エアロスペース、ハイスター・イェールなどの大手企業で重要な役割を担い、エンジニアリングプロセスとイノベーションへの深い理解を培ってきました。

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