EBM と SLM:金属 3D プリンティングの主な違い、パフォーマンス、材料の比較

SLM (選択的レーザー溶解) および EBM (電子ビーム溶解) は、パウダー ベッド フュージョン 3D プリンティング テクノロジーです。高エネルギービームを使用して金属粉末を層ごとに溶融し、最終的に固体コンポーネントを印刷します。 SLM は EBM よりも精度と分解能が優れています。一方、EBM は、シングルビーム SLM マシンと比較して、より高速に印刷できます。ただし、速度を大幅に向上させる 12 個の高出力レーザーを備えた SLM マシンが存在します。 EBM には、使用可能な材料、特に耐火性および耐性のある材料の少数のセットがあります。

この記事では、システムの複雑さ、素材、印刷テクノロジーの観点から EBM と SLM を比較します。

EBM の定義と SLM との比較

EBM (電子ビーム溶解) は、金属部品の製造に使用される粉末床融合 3D プリンティング技術です。 Arcam (後に GE に買収) は、1993 年にチャルマーズ工科大学と共同でこの技術を開発しました。EBM は、高エネルギー電子粒子ビームで金属または金属合金の粉末を選択的に溶解します。これは、レーザーのようなエネルギーを与えられた光子の代わりに、EBM はエネルギーを与えられた電子を利用することを意味します。電子ビームは部品層の断面を描き、金属粒子を一緒に溶かします。各層が溶けた後、プリントベッドが下に移動し、金属粉末の別の層が塗布されます。 EBM 印刷プロセスは、機械によって発生する非常に高い温度による部品の酸化を防ぐために、真空中で実行する必要があります。 

EBM には、より狭い範囲の材料、特に耐火性および耐性のある材料が含まれています。 EBM と比較して、SLM は不活性ガスが充填されたチャンバーを必要とし、より正確に印刷できます。

詳細については、電子ビーム溶解に関するガイドを参照してください。

SLM と比較した EBM の利点は何ですか?

EBM と SLM の主な利点を以下に示します。

• EBM は、シングルビーム SLM マシンと比較した場合、SLM よりもはるかに高速に印刷できます。これは、電子ビームによって生成されるビームの幅が広いためです。
• EBM は、最大 8000 mm/s の速度で電子ビームを照射できます。一方、SLM は、複数のビームを使用して EBM の速度を模倣します。

SLM と比較した EBM の欠点は何ですか?

EBM と SLM の主な欠点を以下に示します。

• EBM には真空環境が必要です。これにより、構築できるパーツのサイズが制限され、マシンがさらに複雑になります。
• EBM では、SLM に比べて利用できるマテリアルの範囲が狭い

SLM の定義と EBM との比較

SLM (選択的レーザー溶解) は、金属部品の製造に使用されるパウダーベッド フュージョン 3D プリンティング テクノロジーです。 SLM は 1995 年に初めて発明され、SLM ソリューションによって商品化されました。 SLM は、高出力ファイバー レーザーを使用して金属粉末を選択的に溶解します。レーザーは、金属粉末と接触する場所に金属の液体プールを作成します。レーザー ビームは部品層の断面をトレースし、金属粒子を一緒に溶かします。各層の後に、プリントベッドが下に移動し、金属粉末の別の層が塗布されます。 SLM は、不活性ガスで満たされたビルド チャンバーを使用します。 SLM は EBM に非常に似ていますが、代わりに最大 12 個の高出力レーザーを使用して金属粉末を溶解します。さまざまな金属や合金も使用できます。

EBM と比較した SLM の利点は何ですか?

SLM と EBM の主な利点を以下に示します。

• SLM を使用すると、オペレータは高速または高精度を優先するようにビーム幅を調整できます。
• SLM は、EBM と比較して、より幅広いマテリアルを利用できます。

EBM と比較した SLM の欠点は何ですか?

SLM と EBM の主な欠点は次のとおりです。

• SLM 部品は EBM よりも内部応力が高くなる傾向があります。 SLM では、残留応力を軽減するために、ビルド後の熱処理が必要になることがよくあります。
• シングルビーム SLM マシンは EBM マシンよりも印刷が遅くなります。

EBM と SLM の比較表

以下の表 1 に、SLM と比較した EBM のより一般的なプロパティのいくつかを示します。

属性 EBM SLM

属性

ビームの数

EBM

1 - 非常に迅速なビーム位置決め

SLM

1、4、12 ビームを備えたマシンが利用可能です

属性

ビームパワー

EBM

4500W

SLM

1000W

属性

印刷量を増やすには真空チャンバーが必要

EBM

はい

SLM

いいえ - 不活性ガスカバーが必要です

属性

レイヤーの高さ

EBM

70ミクロン

SLM

20 ～ 50 ミクロン

属性

部品には等方性の材料特性があります

EBM

はい

SLM

はい

属性

印刷後に部品を冷却する必要があります

EBM

はい - 多くの場合一晩中

SLM

はい

属性

部品にはサポート構造が必要です

EBM

はい

SLM

はい

属性

最大の印刷量

EBM

350 OD x 430 H mm (シリンダー)

SLM

600×600×600mm

表 1:EBM と SLM の比較

SLM プリンタは、EBM よりも優れた層高さの解像度を備えていると同時に、より大きなビルド ボリュームを備えています。 EBM はより高速なビーム位置決めを備えているため、複数のビームを必要とせずに高速を達成できます。 

EBM と SLM:テクノロジーの比較

EBM と SLM は両方とも、高出力ビームを利用して金属粉末を溶解する粉末床溶融技術です。ただし、EBM は電子ビームを使用するのに対し、SLM は複数の高出力ファイバー レーザーを使用します。

EBM と SLM:材料の比較

SLM は、ほとんどの鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト、銅ベースの合金を含む幅広い金属を印刷できます。一方、EBM は、Ti6AL4V (チタン合金)、Inconel® 718 (ニッケル合金)、CoCrMo (コバルト合金) などの、より小規模な原材料グループに適しています。

EBM と SLM:製品アプリケーションの比較

EBM は、航空宇宙産業でタービンブレードを製造したり、医療分野で整形外科用インプラントを製造したりするために広く使用されています。 SLM は、これらの同じ業界で製品を製造するために使用されていますが、自動車、建設、宝飾品業界でも使用されています。

EBM と SLM:印刷量の比較

SLM は、EBM と比較して、利用可能なビルド ボリュームがわずかに大きくなります。これは、SLM がより大きな単一パーツや、よりネストされた小さなパーツに適合するパーツを印刷できることを意味します。 EBM サイズは、真空チャンバー内で印刷する必要があるため制限されます。 

EBM と SLM:表面仕上げの比較

EBM は SLM と比較すると、表面仕上げがわずかに悪くなります。これは、EBM のビーム幅が大きくなり、各層間に粗い外観が生じるためです。 SLM と EBM は両方とも重要な領域に後加工を必要とする場合がありますが、EBM の表面仕上げは著しく異なります。 

EBM と SLM:コストの比較

平均すると、エントリー レベルの SLM マシンの価格は 35 万ドルを超える場合がありますが、EBM プリンタの価格は 10 万ドルから 25 万ドルになります。

EBM と SLM の相互代替手段は何ですか?

以下は、EBM と SLM の両方に対する相互代替案です。

• DMLS: DMLS (直接金属レーザー焼結) は、SLM と同様に、金属粉末をファイバー レーザーで溶かす粉末床融合プロセスです。ただし、DMLS は EBM や SLM よりも解像度が高く、通常は複数の低エネルギー レーザーを使用します。 

EBM と SLM の類似点は何ですか?

EBM と SLM の類似点の一部を以下に示します。

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EBM と SLM は両方とも金属部品の印刷に使用されます。

EBM と SLM は両方とも、エネルギー ビームを使用して金属粉末を最終部品に溶かします。

SLM 以外の EBM の比較は何ですか?

EBM に代わる 3D プリント テクノロジーは次のとおりです。

• EBM 対 DED: DED (指向性エネルギー蒸着) は、金属ワイヤを印刷ノズルに供給する金属印刷技術です。次に、金属はノズルで溶解され、FDM (溶融堆積モデリング) 印刷と同様に、ビルド プレート上に層ごとに堆積されます。これにより、等方性の機械的特性を備えた部品が生成されます。 

EBM 以外の SLM の比較は何ですか?

SLM に代わる 3D プリント技術は次のとおりです。

• SLM と SLS: 選択的レーザー焼結は、どちらの技術もレーザーを利用して粉末材料を一度に 1 層ずつ溶かして最終部品を形成するため、SLM と比較できます。ただし、SLS はプラスチックにのみ印刷できます。初期の金属プリンターは、現代の機械のように溶融金属のプールを作成できなかったため、金属粒子を一緒に焼結するだけでした。詳細については、SLM と SLS に関する記事をご覧ください。

概要

この記事では、EBM と SLM 3D プリント テクノロジーの違いを要約しました。

EBM と SLM の詳細について知り、製品に最適なテクノロジーを選択するには、Xometry の担当者にお問い合わせください。

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著作権および商標に関する通知

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Inconel® は、ウェストバージニア州ハンティントンにある Special Metals Corp. のハンティントン アロイズ部門の登録商標です。

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ディーン・マクレメンツ

Dean McClements は機械工学の学士優等学位を取得しており、製造業界で 20 年以上の経験があります。彼の職業上の経歴には、Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace、Hyster-Yale などの大手企業で重要な役割を果たし、そこでエンジニアリング プロセスとイノベーションに対する深い理解を深めました。

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