3D印刷技術の登場以来、3D印刷技術は徐々に実際の製品の製造に適用されてきました。 その中でも、金属材料の3Dプリント技術の開発は特に急速です。 国防の分野では、欧米先進国が金属3Dプリント技術の開発を重視し、研究に巨額の投資を行っています。 3D プリント金属部品は、常に研究と応用の焦点となっています。 金型や自転車だけでなく、今までにない新しい武器、さらには車や飛行機などの大型装備までプリントできます。 新しいタイプのインテリジェントな製造技術として、金属 3D 印刷は非常に幅広いアプリケーションの見通しを示しており、機器の設計と製造、機器のサポート、航空宇宙など、より多くの分野で強力な開発の勢いを示しています。
1 金属3Dプリント技術の概要
1.1 基本的な概要
金属 3D プリント技術の核となるアイデアは、19 世紀末に米国で最初に生まれましたが、それは 19 世紀半ばまで具体化されませんでした。-1980 1986 年、アメリカのチャールズ ハルが最初の 3D プリンターを発明しました。 私の国は 1991 年に 3D プリンティング技術の研究を開始しました。 当時はラピッドプロトタイピング（RP）、つまりサンプルを開発する前のモックアップと呼ばれていました。 現在、ラピッド プロトタイピング技術、アディティブ マニュファクチャリングとも呼ばれています。 ただし、一般に受け入れられるように、この新しい技術はまとめて 3D 印刷と呼ばれています。 3Dプリンティングはラピッドプロトタイピング技術の一種です。 デジタルモデルの設計をベースに、金属の粉末や樹脂などの接着可能な素材を使用し、レイヤーごとに「アディティブ」印刷によって立体物を構築する技術です。 金属 3D プリントは、「前世紀の思想と技術、今世紀の市場」と呼ばれてきました。 さらに、私の国は最近、金属 3D プリントの航空宇宙分野でブレークスルーを達成しました。 中国の航空宇宙は新たな突破口を開き、3D プリントされた金属部品の重量は 3kg から 600g に減少し、80% の軽量化が実現しました。
1.2 金属 3D プリントの特徴
1) 高精度。 現在、金属3Dプリンターの精度は基本的に0.05mm以下に抑えられています。
2) サイクルが短い。 金属 3D プリントは金型の製作工程を必要としないため、モデルの製作時間が大幅に短縮されます。 通常、モデルは数時間または数十分で印刷できます。
3) それは個人化することができます。 金属 3D プリントでは、同じコストで 1 つまたは複数のモデルを作成できても、プリント モデルの数に制限はありません。
4) 素材の多様性。 金属 3D 印刷システムは、多くの場合、さまざまな材料の印刷を実現できます。この材料の多様性は、さまざまな分野のニーズを満たすことができます。
5) コストが比較的低い。 現在、金属 3D 印刷システムと 3D 印刷用の金属材料は比較的高価ですが、それらを使用してパーソナライズされた製品を作成する場合、生産コストは比較的低くなります。
選択的レーザー溶融 (SLM)
SLM は、金属 3D 印刷の分野の重要な部分です。 その開発の歴史は、低融点非金属粉末の焼結、低融点コーティングされた高融点粉末の焼結、高融点粉末の直接溶融などの段階を経てきました。 テキサス大学オースティン校は、1986 年に最初に特許を申請し、1988 年に最初の SLM 装置の開発に成功しました。これは、細かく集束されたスポットを使用して、30-51 μm のプリセット粉末材料にすばやく溶解し、ほぼ直接的に任意の形状を取得します。 完全な金属結合を備えた機能部品と同様。 密度はほぼ 100% に達し、寸法精度は 20-50 μm に達し、表面粗さは 20-30 μm に達します。 これは、開発の見込みが非常に高いラピッド プロトタイピング技術です。
SLM 成形材料は、オーステナイト ステンレス鋼、ニッケル基合金、チタン基合金、コバルト クロム合金、貴金属など、ほとんどが単一成分の金属粉末です。 レーザービームは金属粉末を素早く溶融し、連続溶融チャネルを取得します。これにより、ほぼすべての形状、完全な冶金学的結合、および高精度のほぼ高密度の金属部品を直接得ることができます。 これは、発展の見込みが大きい金属部品の 3D プリント技術です。 その適用範囲は、航空宇宙、マイクロエレクトロニクス、医療、宝飾品、その他の産業にまで拡大されています。
SLM プロセスには 50 を超える影響要因があり、成形効果に重要な影響を与える 6 つのカテゴリがあります: 材料特性、レーザーおよび光路システム、スキャン機能、成形雰囲気、成形形状機能、および装置要因です。 . 現在、国内外の研究者は、成形プロセスの欠陥を解決し、成形部品の品質を向上させることを目的として、主に上記の影響要因に関するプロセス研究とアプリケーション研究を行っています。 プロセス研究に関しては、SLM 成形プロセスにおける重要なプロセス パラメータには、レーザー出力、スキャン速度、粉末層の厚さ、スキャン距離、スキャン方法などがあります。さまざまなプロセス パラメータを組み合わせることで、成形品質を最適化できます。
JR は 10 年以上にわたって 3D プリントに携わってきました。当社の金属 3D プリントの詳細については、お気軽にお問い合わせください。