金属のレーザー印刷に関する事実

精密部品製造は 3D プリントに対応していますか?

金属の 3D アディティブ レーザー プリンティングのトピックはニュースで頻繁に取り上げられますが、Metal Cutting Corporation はいつレーザー プリンティングについて話すのでしょうか?結局のところ、金属部品を作るためのさまざまな他の方法についてよく話します.

Metal Cutting では、非常に小さい部品を製造しています。この例では、多くの場合、寸法が 1 mm (0.039 インチ) x 2 mm (0.079 インチ) です。たくさんあります。通常、これらのパーツには多くの複雑な機能や内部空隙はありません。チューブである場合もあれば、固体である場合もあります。

3D レーザー プリントの専門家への質問は、できますか 金属の 3D レーザー プリンティングを使用して、これほど大量の小さな部品を製造していますか?

金属の 3D レーザー プリントの基本的な方法

まず、金属の 3D アディティブ レーザー プリンティングの 3 つの主要な方法を簡単に見てみましょう。

直接金属レーザー焼結 (DMLS)

この最も一般的な方法は、基本的に 2D デザインを粉末の平らな床に溶かし、粉末を融合させ、次にレイヤーを追加してオブジェクトを構築します.DMLS は、これまで不可能だったデザインを可能にします.しかし、プロセスは非常に遅く、アプローチする冶金を生成しますが、すべての場合で従来の製造に匹敵するわけではありません. DMLS は、選択的レーザー焼結 (SLS) または選択的レーザー溶融 (SLM) としても知られています。

指向性エネルギー堆積（DED）

この粉末供給法では、高濃度の金属粉末の流れが押出機からゆっくりと放出され、レーザーと出会うときに融合され、表面に層が形成されます。 DED は、金属の 3D レーザー プリントに非常に正確であり、破損した部品の修復にも使用されます. この方法は、レーザー金属堆積として知られています ( LMD).

メタルバインダージェッティング

この方法では、粉末状の金属材料に液体結合樹脂を塗布し、層を実際に「接着」してから、高温のキルンで焼結します。このプロセスは、他の 2 つの方法よりも高速で安価です。ただし、結果は、DMLS や DED で得られる結果ほど強くも密でもありません。

レーザー印刷金属の用途

金属のレーザー印刷は、プロトタイピングから、さまざまな業界の機能部品部品、および次のような日用品の大量カスタマイズ生産まで、さまざまな用途で普及しています。ジュエリーとキッチン用品

金属のレーザー印刷は、歯科および整形外科のインプラント用途で非常に人気があります.これにより、これらの製品を個々の患者のニーズに合わせてカスタマイズすることができます.印刷された医療機器。) 金属のレーザー印刷は、航空宇宙産業でも広く使用されています。たとえば、次世代の LEAP ジェット エンジンには 3D 印刷された燃料ノズルがあります。

よくある間違い

金属の 3D レーザー プリントに関しては、人々はいくつかの誤った仮定をしています. ばかげているように聞こえますが、製品が 3D CAD モデリングを使用して設計されているからといって、それが「3D プリント対応」であるとは限らないことに注意してください。 3D レーザー プリント プロセスには、独自の後処理が必要です。

他の製造方法と同様に、使用する特定の材料の特性も考慮する必要があります。たとえば、金属のレーザー プリントは金属鋳造の代替品であると考えられていますが、それどころか、レーザーはできない独自の複雑なパーツに最適です。 3D レーザー プリントされた金属オブジェクトの特性は、金属で鋳造された場合の「同じ」オブジェクトの特性とは異なります。

また、CNC フライス加工などのプロセス用に設計された金属部品のレーザー印刷は、非常に高価になります。これは、サブトラクティブで製造されたパーツはより多くの質量と体積を持ち、その設計が 3D 製造固有の利点 (基本的には空隙と軽量で高強度の構造) に合わせて最適化されていないためです。

金属のレーザー印刷の利点

エンジニアの観点から、金属の 3D レーザー プリントのおそらく最も重要な利点は次のとおりです。

• 完全に密閉されたボイドや、サブトラクティブ マシンでは不可能なその他の機能を生成する能力
• これまで達成できなかった並外れた部品強度と軽量設計を実現する構造

航空機の軽量化は燃料消費量の削減を意味する航空などの業界にとって、軽量化は重要な目標です。

アプリケーションの観点から見ると、金属のレーザー プリントの最も重要な利点は、3D アディティブ レーザー プリンティングが航空の交換部品から歯科のクラウンやブリッジ、整形外科や義肢のイノベーション、そしてもちろん、試作事業全般。これらのユニークな形状のいくつかは、減法では作成できませんでした。 できた人でも 部品あたりのコストを低く抑えて機械加工または鋳造することはできませんが、どちらの方法も、金属の 3D レーザー プリントが可能にしたほぼ瞬時の納期には近づくことができないと考えられます。

金属のレーザー プリントは、製造工程での廃棄材料の量を削減することもできます.従来のサブトラクティブ カット法では形状を作成するために材料を除去する必要がありますが、金属の 3D レーザー プリントでは形状を実現します必要な材料だけを追加することで。

金属粉末が利用可能である限り、3D レーザー プリントは、使用できる金属に関して柔軟であり、チタン、ステンレス鋼、インコネル、コバルト クロムが含まれます。 、真鍮、銅、青銅、および金、銀、プラチナなどの貴金属。しかし、不活性雰囲気での 3D レーザー プリンティングの課題は克服されましたが、特定の金属を適切にアニールすることは依然として不可能です。たとえば、タングステンは 3D プリントで「構築」できますが、得られるタングステン金属のブロックは脆すぎて使用できません。

金属部品のレーザー印刷の欠点

アディティブ 3D レーザー プリンティングは、不可能を可能にすることで有名ですが、精度はどうでしょうか。 3D プリントは小さな精密金属部品を作るのに適した方法ですか?

最も成熟し、十分に開発された方法である DMLS を見てみましょう。次元の精度を左右する重要な変数は次のとおりです。

• 粉末粒子のサイズ
• エレベーターの階段の高さの間隔
• レーザービームのサイズ

これらの要因のそれぞれが寸法公差を決定します。大きな金属粉末粒子サイズは、より大きなステップを可能にします。同様に、各粉末層の高さによって、達成できる公差が決まります.
そしておそらく最も重要な変数はレーザーのサイズです.これは、ビームが小さいほど精度が高くなり、レーザーが大きくなる場所です.ビームはより不正確な寸法を生成します. 問題は、より小さなレーザービームがより少ない熱を生成することです. つまり、その仕事をするのに時間がかかります.正確かつ/または非常に小さいですが、製造にははるかに時間がかかります.その結果、コストが高くなります.

金属のレーザー プリントに時間がかかる方法は他にもあります. ここでも非常に人気のある DMLS を見てください. すべての部品に小さな取り付け点があります. スズメバチの巣を吊るす小さな糸のように.ポーチ. 10,000 個のレーザー プリント部品がある場合, それは、分離する必要がある 10,000 の取り付けポイントがあることを意味します. ベースから分離するこのタスクは、通常、EDM を使用して実行されます.;しかし、どのような方法を使用しても、10,000 回実行すると、追加の利点のすべてではないにしても、ほとんどが無効になります。

現実には、金属の 3D レーザー プリンティングでは真の大量生産はまだ不可能であり、非常に小さいものを何万個も生産するのは非現実的でコストがかかります。さらに、3D プリンターの初期費用も高く、最新のテーブルトップの一部には少なくとも 100,000 ドル、これまでのディスラプターを破壊することを目的としており、最大で 100 万ドルを超えます。チタンなどの金属で使用される制御された雰囲気のプリンターや、航空部品を製造するために設計された機械に必要な巨大な筐体用です。コストが高いということは、どのような用途のレーザー プリンターが提案されていても、従来の金属加工方法の価値から「差し引く」ために、本当にユニークなものを「追加」する必要があることを意味します。

未来はどうなる?

私たちが頑固だとか、変化に抵抗していると思われたくないのですが、実際には、私たちの友人であるスコット・コーエンと彼のパートナーであるデビッドに感謝したいと思います。ベル、ニュー ラボ。彼らは誰と同じように未来を知っています。ニュー ラボの誰かが、私たちが現在目にしている問題のいくつかをいつの日か解決してくれることは間違いありません。

巨大な産業用サイズのマシンではなく、デスクトップサイズの 3D レーザー プリンターの開発により、この技術はより利用しやすくなりますが、金属のレーザー プリントが適しているとはまだ思えません。小型の精密部品を大量に生産する場合、小型の機械では小型の部品は作れません。しかしもちろん、いつか私たちが間違っていることが証明されるかもしれません!

金属加工プロジェクトに最適な精密金属切断方法を選択するための役立つヒントについては、ホワイト ペーパーをダウンロードして自信を持って選択してください:2 軸精密切断方法の比較.