アディティブ マニュファクチャリング (AM) としても知られる 3D プリンティングは、従来の工業生産の「革新的な」方法です。 従来のサブトラクティブ製造プロセスとは、既存の幾何学的モデルのワークピースを使用し、ツールを使用して材料を徐々に切断、研磨、彫刻して、最終的に必要な部品にすることを指します。 3Dプリンティングは正反対です。 3D プリント機器の助けを借りて、デジタル 3 次元モデルが層状になり、金属粉末、熱可塑性材料、樹脂などの特殊な材料が連続的に積み重ねられ、層ごとに結合され、最終的に重ね合わされて 3 次元全体が形成されます。 . 3D プリンティングは、機械、材料、コンピューター ビジョン、ソフトウェア、エレクトロニクス、およびその他の分野をカバーする学際的な技術であり、コア技術は 3D プリンターの製造にあり、材料、ソフトウェア、設計などにも特別な要件があります。
従来の製造プロセスと比較して、3D 印刷は複雑な構造を形成し、製品実現サイクルを短縮し、製品強度が高く、軽量で、材料利用率が高いという特徴がありますが、コストも比較的高くなります。 3Dプリンティング技術の特徴は以下の通りです。
(1) 複雑な幾何学的構造を持つ部品を製造して一貫生産を実現でき、構造の複雑さによる追加コストが発生しません。 設計者は、従来の製造プロセスに縛られなくなり、より自由に部品を作成できるようになります。
(2) 新製品の開発と実現のサイクルを短縮します。 従来の技術で新製品を開発する場合、新たに金型を設計・製作し、組立工程を確立する必要があるのに対し、3Dプリンターは金型を必要とせず工程が短い。
(3) 高強度、軽量という特徴があります。 3Dプリント部品は、従来の技術では加工が困難なハニカム格子構造を実現でき、性能確保前提で大幅な軽量化が可能。 3D プリントの急速な固化のプロセス特性に基づいて、良好な機械的特性を達成することができ、それによって強度の増加が保証されます。
(4) 素材の利用率が大幅に向上しました。 材料は層ごとに重ねられるため、製造工程で材料の無駄がほとんどなく、材料の利用率は 90% 以上に達します。 (5) 設備費、材料費が高い。 産業グレードの 3D プリント機器は高価で、100 万から 200 万元から数千万元の範囲です。 さらに、特殊なプロセスにより、3D 印刷には材料に対する特別な要件があり、通常の材料は調整する必要があります。 ただし、材料の研究開発は困難でコストがかかるため、3D プリンティングの開発はある程度制限されています。
30年以上の開発を経て、3D印刷技術は継続的に改善され、3Dバイオプリンティング、有機材料印刷、金属印刷などのさまざまな印刷モードが形成されました。 金属 3D プリンティングでは、一般にレーザーと電子ビームのエネルギー源を使用して金属粉末を溶かし、金属粉末を焼結して積み上げて全体的な構造を形成します。 金属粉の投入方法は、全工程で粉体散布と粉体供給の2通りあります。 さまざまな粉末供給方法によると、金属 3D 印刷プロセスの原理は、指向性エネルギー堆積 (粉末供給とも呼ばれます) と粉末床選択的溶融 (粉末拡散とも呼ばれます) に分けられます。 粉体塗装とは、基板上に金属粉末を広げて薄層を形成することを指し、薄層の特定の領域をレーザー溶融することによって、薄層を融合させます。 粉末散布と比較して、粉末供給は薄層を形成せず、粉末ノズルを介して基板上のレーザーによって形成された溶融プールに粉末が直接供給され、焼結されて全体が形成されます。 主流の金属3Dプリント技術は、レーザー選択溶融技術（SLM）、電子ビーム溶融成形（EBM）、レーザーネットシェーピング技術（LENS）、電子ビーム溶融フィラメント成膜技術（EBF）などに大別できます。
金属積層造形技術、装置、材料、プロセスの開発には 3 つの重要な要素があります。 現時点では、これら 3 つの側面でまだ改善の余地があります。 3D 印刷技術の適用規模を拡大するために、金属積層造形技術は、低コスト、大型、マルチマテリアル、高精度、高効率の方向に発展しています。
(1) 金属添加装置は大型化・専門化の方向に発展している。 大規模な構造物や特定の分野を印刷する需要が高まる中、金属 3D 印刷装置は大規模で専門的な開発に向かう傾向になっています。
(2) 印刷可能な素材が増え続け、複合材料印刷が登場し始める。 現在、金属3D印刷に使用される原材料の種類は比較的少なく、材料の品質は高くありません。 産業分野でのアディティブ マニュファクチャリングの継続的な浸透に伴い、複数材料の混合印刷を実現できる金属 3D 印刷に対する市場の需要が徐々に高まっています。 さらに、複数の複合材料の同時印刷が登場し始めており、異なる材料の利点を組み合わせることができます。
(3) 新しい金属積層造形技術の開発。 従来の金属アディティブ マニュファクチャリング技術には、高コストや低効率などの問題がありました。その中でも低効率は、多くの分野でアディティブ マニュファクチャリングが従来のサブトラクティブ マニュファクチャリングに取って代わることを制限する重要な要因の 1 つでもあります。 レーザー出力の増加や印刷経路の最適化など、将来的にこの技術が徐々に成熟することで、積層造形の生産速度が向上することが期待されています。