ちょっと、そこ！ SLM 3D プリンティング サービスのサプライヤーとして、私は粉末の形状が SLM 3D プリンティング プロセスにどのように大きな影響を与えるかをこの目で見てきました。粉末の形状がこのハイテク製造方法にどのような影響を与えるか、その核心を見てみましょう。
まず、粉末の形状が何を意味するのかを理解しましょう。 SLM 3D プリントで使用される金属粉末は、球状、不規則な形状、またはその両方の混合など、さまざまな形状になります。球状粉末は小さな小さなボールのようなものです。彼らは本当にスムーズにお互いに転がります。 SLM での粉末散布プロセスに関しては、このスムーズなローリングが非常に重要です。 SLM 中に、パウダーの層がビルド プラットフォーム全体に均一に広がっていることがわかります。粉末の形状が球状であれば、密度の高い均一な層を形成します。
均一で緻密な粉末層は印刷パーツの品質に直接影響するため、重要です。溶解プロセス中にレーザーが粉末上をスキャンするとき、溶解するには一定量の粉末が必要です。球状粉末を使用すると、熱分布がより予測可能になるため、レーザーは固体でよく結合した層をより簡単に作成できます。これにより、印刷部分の気孔が少なくなります。多孔性は基本的に材料にある小さな穴であり、最終製品を著しく弱める可能性があります。球状粉末で印刷された部品は、一般に、より高い強度や優れた耐疲労性など、より優れた機械的特性を備えています。
これまでに紹介したようなアプリケーションをいくつか見てみましょう。「自動車用軽量3Dプリントホルダー」。自動車産業では、部品には強度と耐久性が求められます。球状粉末は、必要な機械的完全性を備えた部品を製造できるため、これらのホルダーの印刷に最適です。
一方、不規則な形状の粉末はうまく転がりません。広げる過程で互いに絡み合う傾向があります。これにより、粉末層が不均一になる可能性があります。層が不均一であるということは、レーザーがパウダーに当たったときに、パウダーが多すぎる領域または少なすぎる領域が存在する可能性があることを意味します。それにより溶解が不安定になり、あらゆる種類の問題が発生する可能性があります。たとえば、部品の表面が粗かったり、層間に亀裂や剥離が発生したりする可能性があります。
ただし、不規則なパウダーにとっては悪いニュースばかりではありません。場合によっては、その粗い表面により、溶解プロセス中の粒子間の結合が実際に改善されることがあります。球状粉体に比べて粒子同士の接触点が多くなります。この追加の結合は、高強度の結合が必要な特定の状況で有益です。しかし、これらの利点は、均一な粉末層を実現する際の課題とバランスを取る必要があります。
粉体の流動性についてもう少しお話しましょう。流動性とは、粉末がホッパーまたはフィーダーから造形プラットフォームにどれだけ容易に流れることができるかを表します。球状粉末は流動性に優れています。スムーズに印刷システムに送り込むことができるため、高速かつ連続印刷が可能です。これは大規模生産において大きな利点となります。パーツをより速く印刷できるため、より短い時間でより多くのパーツを印刷できます。そしてそれだけではありません。一貫したフローは、プリンターが安定した印刷プロセスを維持できることも意味し、エラーの可能性が減少します。
一方、不定形の粉末は流動性が悪くなります。それらはフィーダーまたは散布機構を詰まらせる可能性があります。これにより、印刷プロセスが遅くなるだけでなく、中断が発生する可能性があります。大きくて複雑な部品をプリントしている最中に、突然パウダーが適切に流れなくなったと想像してください。印刷ジョブ全体が台無しになる可能性があり、最初からやり直す必要がある可能性があります。
粉末の形状に影響を受けるもう 1 つの側面は、充填密度です。充填密度は、粉末粒子が層内でどれだけしっかりと詰め込まれているかを指します。球状粉末はその形状により、より高い充填密度を達成できます。充填密度が高いということは、所定の体積内により多くの金属粒子が存在することを意味します。レーザーがこの高密度の粉末層を溶かすと、より固体で多孔質の少ない物体が作成されます。
不規則な粉末は通常、充填密度が低くなります。不規則な粒子間の隙間が大きくなるため、単位体積あたりに溶解する金属の量が少なくなります。これにより、部品の密度が低くなり、脆弱になる可能性があります。
ここで、次のようなアプリケーションを考えてみましょう。「軽量3Dプリントレースカーパーツ」。レースでは重量と強度が非常に重要です。球状粉末を使用して高密度で強力でありながら軽量な部品を作成できることは、ゲームチェンジャーです。これらの部品は、レース中に経験する高い応力や力に耐えることができます。
後処理の状況では、粉末の形状も重要な役割を果たします。球状パウダーを使用して印刷された部品は、通常、後処理の必要性が少なくなります。プリンタから出した直後は気孔や表面の粗さなどの欠陥が少ないため、サンディング、研磨、熱処理に多くの時間と費用を費やす必要がありません。これにより、全体の生産コストを大幅に削減できます。
不規則な粉末は欠陥が発生する可能性が高いため、多くの場合、より大規模な後処理が必要になります。場合によっては、追加の機械加工操作を使用して表面を滑らかにしたり、部品を熱処理して機械的特性を改善したりする必要があります。これにより、製造時間とコストが増加します。
粉末自体のコストも考えてみましょう。球状粉末は通常、製造コストが高くなります。多くの場合、噴霧化を伴う製造プロセスはより複雑で、より正確な制御が必要です。しかし、後処理の必要性の削減や最終部品の高品質など、全体的な生産コストを考慮すると、球状粉末の追加コストが正当化される場合があります。
不規則なパウダーは安価ですが、そのコスト削減と印刷プロセスやポストプロダクションでの課題とのバランスを考慮する必要があります。この費用対効果の分析は、特定のプロジェクトにどの種類の粉末を使用するかを決定する際に非常に重要です。
のようなアプリケーションはどうでしょうか「3D プリントによる軽量流体マニホールド」?流体マニホールドの場合、適切な流体の流れを確保するには、内部チャネルが滑らかで欠陥がない必要があります。球状粉末は、マニホールドの性能に不可欠な、より正確な形状とより少ない内部空隙を備えた部品を製造できるため、ここではより適しています。
SLM 3D プリントを必要とするプロジェクトに携わっている場合、適切な粉末形状の選択は軽視できない決定です。最終部品の品質や強度から、印刷プロセスの効率や全体的なコストに至るまで、あらゆることに影響します。自動車、航空宇宙、または 3D プリント金属部品の恩恵を受けるその他の業界のいずれに従事している場合でも、粉末形状の影響を理解することは非常に重要です。
お客様の特定のニーズに合わせて最適な選択ができるようお手伝いいたします。 SLM 3D プリント部品の調達を検討している場合、または粉末の選択に関するアドバイスが必要な場合は、遠慮なくご相談ください。私たちは協力して、お客様のプロジェクトに最適なソリューションを見つけ出します。
参考文献
- I. ギブソン、DW ローゼン、B. スタッカー (2015)。積層造形テクノロジー: 3D プリンティング、ラピッド プロトタイピング、およびダイレクト デジタル マニュファクチャリング。スプリンガー。
- Kruth、JP、Leu、MC、および中川T. (2003)。積層造形とラピッドプロトタイピングの進歩。 CIRP 年報 - 製造技術、52(2)、525 ～ 540。