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金属3Dプリンタの主要な造形方式

1.パウダーベッド方式

2. DED方式(指向性エネルギー堆積法)

3. FDM方式(熱溶解積層方式)

4. バインダージェット方式

1. パウダーベッド方式


パウダーベッド方式(PBF方式)は、金属粉末を敷き詰めた部分に光線を照射し、その熱で焼結させる方式です。

一層ずつ溶解・凝固を繰り返すことで、積層造形します。
様々な造形方式がありますが、最も歴史があり、主流の方式です。

パウダーベッド方式は熱源の種類により、「レーザー積層造形(Selective Laser Melting)」と「電子ビーム積層造形(Electron Beam Melting)」に分かれます。

パウダーベッド方式.jpg

 【メリット】
 ・精密部品にも対応、造形精度が高い
 ・高密度造形が可能で、強度を維持できる
 ・最も古い方式のため、実績がある

 【デメリット】
 ・造形時間が長い
 ・材料の切替が困難
 ・造形サポートが必要

SLM(レーザー積層造形)方式

SLM方式 造形時の様子

パウダーベッド方式の中でも造形精度が高く、精密造形・複雑な形状・高密度な造形が可能。

そのため、工業系で最も信頼性のある方式となっており、世界で活用が進んでいます。

造形時間の長さという課題に対しても、レーザー搭載数の複数化等により改善されています。

EBM(電子ビーム積層造形)方式は、SLMに比べ精度は劣るが造形スピードが速いという特徴があります。

2. DED方式(指向性エネルギー堆積法)


粉末やフィラメント状の金属をノズルから噴射し、主にレーザーや電子ビームなどで溶融し積層することで造形します。

 【メリット】
 ・異種金属の組み合わせた造形ができる
 ・既存部品に積層し、修復が可能
 ・大型造形に向いている

 【デメリット】
 ・積層痕が残りやすく、表面の仕上がりが粗め
 ・酸化による金属劣化が発生する(活性金属)
 ・精密な造形が難しい

3. FDM方式(熱溶解積層方式)


熱可塑性樹脂と金属粉末を混合した材料をノズルまたは穴から押し出し、熱で溶かしながら積層して造形します。造形後に樹脂を取り除く必要があるため、脱脂・焼結という後処理が必要になります。

 【メリット】
 ・設備本体価格が安価なものが多い
 ・使用できる材料の幅が広い
 ・取扱いが容易

 【デメリット】
 ・密度が低い
 ・脱脂、焼結のプロセスが必要
 ・焼結後、収縮するため、データ設計が難しい

4. バインダージェット方式


金属粉末を敷き詰めたところに液体のバインダー(結合剤)を噴射し、金属粉末を固めて造形します。FDM方式と同様に脱脂、焼結の工程が必要になります。

 【メリット】
 ・造形速度が速く量産性能に優れている
 ・サポート材が不要
 ・設備本体が安価なものが多い

 【デメリット】
 ・強度が低い
 ・焼結後、収縮するため、データ設計が難しい
 ・大型造形に不向き