実践知識 - 3DプリントSLS技術の詳しい説明

実践知識 - 3DプリントSLS技術の詳しい説明
3D 印刷技術 (ラピッド プロトタイピング技術、PRM とも呼ばれる) は、コンピューター制御で「付加製造」の原理に基づき、個別の材料を層ごとに堆積させて部品のプロトタイプまたは最終製品を形成および製造する技術です。この技術は、コンピュータの3次元設計モデルに基づいています。ソフトウェアによる階層化と離散化、およびCNC成形システムにより、3Dエンティティが複数の2D平面に変換されます。粉末や熱可塑性材料などの特殊材料は、レーザービーム、電子ビーム、ホットメルトノズルなどを使用して層ごとに積み重ねられ、結合され、最終的に積み重ねられ、成形されて物理的な製品が生成されます[1]。

3D プリントのプロセス原理<br /> 数十年にわたる発展を経て、さまざまな3Dプリント技術の道が開発され、それらは押し出し成形、粒状材料成形、光重合成形、およびその他の成形カテゴリーに大別できます。基本的な成形の主な代表的な技術道は熱溶解積層法（FDM）です。粒状材料成形技術道には、主に電子ビーム溶融成形（EBM）、選択的レーザー焼結（SLS）、3次元印刷（3DP）、選択的熱焼結（SHS）などが含まれ、光重合成形には、主に光硬化（SLA）、デジタル光処理（DLP）、ポリマー注入（PI）が含まれます。その他の技術には、レーザークラッディングラピッド製造技術（LENS）、熱溶解フィラメント製造（FFF）、溶融圧縮成形（MEM）、ラミネート製造（LOM）などがあります。
3Dプリントの主な技術


その中で、FDM、SLA、LOM、SLS、3DPが主流の技術です。熱溶解積層法（FDM）プロセスでは、一般的に熱可塑性材料を使用し、フィラメントの形で供給します。材料はノズル内で加熱されて溶融し、ノズルは部品の断面輪郭と充填軌道に沿って移動しながら溶融材料を押し出します。材料は急速に凝固し、周囲の材料とともに凝固します。ステレオリソグラフィー（SLA）は、ステレオリソグラフィー、フォトフォーミングなどとも呼ばれ、レーザービームを使用して液体の感光性樹脂を点ごとにスキャンして凝固させるラピッドプロトタイピングプロセスです。積層オブジェクト製造（LOM）プロセスは、薄いシート材料をレーザー切断し、接着剤で層を結合するラピッドプロトタイピング技術の代表的な技術の1つです。選択的レーザー焼結（SLS）プロセスは、赤外線レーザーを熱源として使用して粉末材料を焼結し、層ごとに積み重ねて3次元部品を形成するラピッドプロトタイピング技術です。3DPプロセスはSLSプロセスに似ており、セラミック粉末や金属粉末などの粉末材料を使用して成形します。違いは、材料粉末が焼結によって接続されるのではなく、ノズルを介して接着剤で材料粉末に部品の断面が「印刷」されることです。

ラピッドプロトタイピングに関する国内研究は1991年に始まりました[2]。清華大学、西安交通大学、華中科技大学、南京航空航天大学、浙江大学などの大学では、成形理論、プロセス方法、設備、ソフトウェア、材料、その他の支援技術に関する研究が相次いで実施されています。各大学や主要研究機関における3Dプリンティング研究の方向性と進捗状況は以下のとおりです。
清華大学：SLA、LOM、FDM、SLS、RPMプロセス統合の基礎理論とプロセスの研究を実施し、FDMに基づくFDM-250熱溶解積層システムとLOM + FDMプロセスに基づく多機能プラットフォームM-RPMSシステムを開発しています。光硬化性樹脂の研究を実施し、FDM用ワックスフィラメントの調製に成功し、現在ABSフィラメントを開発しています。
西安交通大学：SLAおよびFDMプロセスの研究を実施し、SLAプロセスの実験室プロトタイプおよび産業プロトタイプ（RP）を開発し、海外の感光性樹脂と同等の性能を持つ樹脂材料を開発しました。
華中科技大学：LOMプロセスの研究、LOMプロセスを使用したHRPシステムの開発、LOM用ラミネート材料の研究、LOMプロセス用紙および接着剤の開発と最適化を実施しました。
浙江大学：感光性硬化樹脂材料と精密に関する研究を実施。
北京龍源社：アメリカの技術を活用してAFS-300システムを商品化し、SLSプロセスの研究とプロトタイプサービスの提供を行い、SLSプロセス用の樹脂砂とワックスベースの材料を開発しています。
南京航空航天大学：主にSLS技術と設備の研究に従事し、レーザー選択領域焼結プロトタイプ（RAP-I）を開発し、焼結技術、急速金型、急速精密鋳造の研究も行っています。

直接金属レーザー焼結（DMLS）
3D モデル データによって制御される高エネルギー レーザー ビームを使用して金属マトリックスを局所的に溶融することで、粉末金属材料が焼結および固化され、自動的に層ごとに積み重ねられ、高密度の形状を持つ固体部品が生成されます。この部品製造プロセスは「直接金属レーザー焼結」と呼ばれます。インターネット上には南極クマの 3D プリントに関するオープンソースの技術情報がいくつかあります。
さまざまな焼結材料を選択し、プロセスパラメータを調整することで、多孔質の通気性鋼から耐腐食性ステンレス鋼、高密度金型鋼まで、さまざまな特性を持つ部品を製造できます。この個別製造技術により、フライス加工や放電加工を必要とせず、非常に複雑な部品を直接製造することもできるため、設計の自由度が高まります。

DMLSの詳細な技術原理 初期の頃は、比較的柔らかい材料のみがこの技術に適していましたが、技術の継続的な進歩に伴い、その応用分野もプラスチック、金属ダイカスト、スタンピングなどのさまざまな量産金型に拡大しました。この技術を適用する利点は、サイクルタイムが短いだけでなく、金型設計者が処理の実現可能性を考慮することなく、最適な幾何学的形状を構築する方法に集中できることです。 CAD と CAE 技術を組み合わせることで、あらゆる冷却水チャネルの金型構造を作成できます。

DMLS は、同軸粉末供給とローラー粉末供給を含む金属粉末成形プロセスです。同軸粉末供給技術は、層厚が1mmを超える物体や大型金属部品の製造に適しています。現在、わが国最大のワークピースは、実は四川省で製造されている原子力発電部品です。西北工業大学や北京理工大学では、一部の航空部品の産業化が始まっている。ローラー粉末供給の製品は、製造工程中に熱によって部品が変形しやすいため、非常に微細で小型部品の製造に適しています。パソコンケースのサイズより大きなスペースを作るのは困難です。上記のタイプの 3D プリントは、実際には材料の熱曲線に対応しており、材料のマッチングが必要です。金属粉末を例にとると、粉末の粒子サイズの形態と粒子サイズのマッチングの両方が関係し、マルテンサイトとオーステナイト間の構造変態を実現するために熱処理も必要です。

DMLS テクノロジーはドイツの EOS によって開発され、SLS テクノロジーや SLM テクノロジーの原理と非常によく似ています。 EOS の EOSINT M シリーズのマシンも、3D Systems の sPro シリーズのマシンと非常によく似ています。 M シリーズは、アルミニウム、コバルトクロム、チタン、ニッケル合金、スチールを印刷できます。
適用可能な材料: ほぼすべての合金

選択的レーザー溶融（SLM）
SLM 技術は、1995 年にドイツのフラウンホーファー研究所が当時の F&S Stereolithographietechnik 社と共同で開発し、関連する特許が申請されました。 2000 年代初頭、F&S はドイツの企業 MCP HEK (後に MTT Technologies、その後 SLM Solutions として知られる) と商業提携を結びました。現在、SLM テクノロジーの創始者である Dieter Schwarze 博士は SLM Solutions に在籍しており、Matthias Fockele 博士は Realizer を創始しています。

SLM 技術は、金属粉末をレーザー光線の熱で完全に溶かし、その後冷却して固化させて形状を形成する技術です。高レーザーエネルギー密度の作用により、金属粉末は完全に溶融し、放熱と冷却後に固体金属と冶金的に溶接することができます。 SLM テクノロジーは、このプロセスを使用して層ごとに積み重ねて 3 次元エンティティを形成するラピッドプロトタイピング テクノロジーです。

SLMの詳細な技術原理
3D Systems は、SLM 技術を使用する金属 3D プリンター (SPro125 および 250) も製造しています。3D Systems では、これらを Direct Metal Selective Laser Melting (Direct Metal SLM) と呼んでいます。高精度、複雑度の高い金属部品を生産することができます。印刷層の厚さは20ミクロンに達し、印刷可能な金属にはチタン、ステンレス鋼、コバルトクロム合金、工具鋼などが含まれるため、航空分野（冷却室を備えた超効率ヒートシンクの統合印刷など）や医療分野（超複雑形状の金属ジョーなど）などで使用できます。
適用材質：チタン合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼、アルミニウム


選択加熱焼結（SHS）
選択的焼結技術は、手頃な価格で高品質の印刷物を提供する「オフィス 3D プリンター」の開発を目標に 2009 年に設立された革新的なデンマーク企業、3D Printing Workshop から生まれました。

同社の特許取得済みの SHS (選択的熱焼結) 3D 印刷技術は、2011 年に EUROMOLD で発表されました。レーザー焼結に似ていますが、レーザーを使用する代わりに、SHS ではサーマル プリント ヘッドを使用します。このような機械式走査ヘッドは高温に維持されるため、粉末床を選択的に結合するために、粉末の融点よりわずかに高い温度に上げるだけで済みます。

どのように機能しますか?まず、別のアプローチを使用してレイヤーにカットし、CAD ソフトウェアで 3D モデルを設計しました。 「印刷」ボタンを押すと、プリンターはビルドチャンバー全体にプラスチック粉末の薄い層を広げます。サーマル プリント ヘッドが前後に動き始め、プリント ヘッドからの熱がプラスチック粉末層の各断面に溶け込みます。 3D プリンターは再びプラスチック粉末で新しい層を準備し、サーマル プリント ヘッドが粉末層を加熱し続けます。最終的な 3D モデルはビルド チャンバー内にあり、未溶融の粉末に囲まれています。未使用の粉末は 100% リサイクル可能で、追加のサポート材料は必要ありません。

選択的熱焼結技術を備えた 3D プリンターでは、あらゆる複雑な形状 (最小壁厚 1 mm) の形成が可能になります。複数の 3D モデルを同時に読み込んで印刷できます。
適用材料: 熱可塑性粉末

選択的レーザー焼結（SLS）
選択的レーザー焼結法 (SLS) は、1989 年にテキサス大学オースティン校の C.R. Dechard 氏が修士論文で初めて提案しました。その後、C.R. Dechard 氏は DTM を設立し、1992 年に SLS 技術に基づく産業グレードの商用 3D プリンターである Sinterstation をリリースしました。

過去 20 年間にわたり、オースティン キャンパスと DTM は SLS 技術分野で多くの研究活動に投資し、機器の研究開発、プロセスおよび材料の開発において実りある成果を達成してきました。ドイツのEOS社もSLSプロセスについて多くの研究を行い、一連の工業用SLSラピッドプロトタイピング装置を開発しました。2012年のヨーロッパ金型展示会では、EOSが開発した3Dプリント装置が光りました。

中国には、南京航空航天大学、中国北方大学、華中科技大学、武漢浜湖機電工業有限公司、北京龍源自動成型有限公司、湖南華樹高科技など、SLS技術の研究を行っている科学研究機関も数多くあります。

SLS プロセスでは粉末材料を使用します。コンピューターの制御下でレーザーをスキャンして粉末を照射し、材料の焼結と結合を実現します。このようにして、材料を層ごとに積み重ねて成形します。図は SLS の成形原理を示しています。


SLSの詳細な技術原理

選択的レーザー焼結法では、まず加圧ローラーを使用して、成形されたワークピースの上面に粉末層を広げます。CNC システムはレーザー光線を制御し、層の断面輪郭に従って粉末層をスキャンして照射し、粉末の温度を融点まで上昇させて焼結させ、下の成形部品に結合させます。

断面の 1 層が焼結されると、ワークベンチは 1 層の厚さを下げます。このとき、加圧ローラーは粉末の層をその上に均等に広げ、断面の新たな層の焼結を開始します。この操作は、ワークピースが完全に形成されるまで繰り返されます。

成形プロセス中、未焼結粉末がモデルのキャビティとカンチレバーをサポートするため、SLS 成形ワークピースには SLA 成形ワークピースのようなサポート構造は必要ありません。 SLS プロセスで使用される材料は、SLA プロセスで使用される材料よりも比較的豊富で、主にパラフィン、ポリカーボネート、ナイロン、微細ナイロン、合成ナイロン、セラミック、さらには金属が含まれます。

ワークピースが完全に成形され、完全に冷却されると、ワークベンチは元の高さまで上昇します。このとき、ワークピースを取り出し、ブラシまたは圧縮空気を使用してモデルの表面の粉末を除去する必要があります。

SLS プロセスは、さまざまな材料をサポートし、成形されたワークピースのサポート構造を必要とせず、材料利用率が高いという特徴があります。それにもかかわらず、SLS 装置と材料の価格は依然として非常に高価であり、焼結前に材料を予熱する必要があり、焼結プロセス中に材料から臭いが蒸発し、装置の作業環境要件は比較的厳しいものとなっています。

適用材料: 熱可塑性プラスチック、金属粉末、セラミック粉末

1. SLS技術の開発の歴史

1986年、テキサス大学の大学院生であったデッカードは、選択的レーザー焼結（SLS）のアイデアを提案し、1989年に最初のSLS技術の特許を取得しました[3]。赤外線レーザーを熱源として粉末材料を焼結するラピッドプロトタイピング技術（ラピッドプロトタイピング、RP）です。他のラピッドプロトタイピング技術と同様に、SLS 技術は離散/スタッキング成形の原理を採用し、コンピュータ支援設計と製造の助けを借りて、固体粉末材料を 3 次元の固体部品に直接成形します。成形部品の形状の複雑さに制限されず、ツールや金型も必要ありません。

1992年、アメリカのDTM社は商用SLS成形機Sinterstation 2000シリーズを発売し、続いて1996年と1998年にそれぞれ改良されたSLS成形機Sinterstation 2500とSinterstation 2500plusを発売しました。同時に、ワックスモデルやプラスチック、セラミック、金属部品を直接製造できるさまざまな焼結材料を開発しました。この技術は、新製品の研究開発、金型製造、少量生産において幅広い応用の見通しを示しているため、SLS 技術は 10 年以上にわたって急速に発展し、現在では最も成熟し、広く使用されているラピッドプロトタイピング技術の 1 つとなっています。

SLS 技術において重要な役割を果たしている世界のもう 1 つの企業は、ドイツの EOS です。 EOSは1989年に設立されました。1994年に、EOSは3シリーズのSLS成形機を発売しました。そのうち、EOSINT Pは熱可塑性粉末を焼結してプラスチック機能部品や精密鋳造および真空鋳造の試作品を製造するために使用されます。EOSINTMは金属粉末を直接焼結して金型や金属部品を製造するために使用されます。EOSINTSは樹脂砂を直接焼結して複雑な鋳造砂型や砂中子を製造するために使用されます。 EOS は、これらの成形装置のハードウェアとソフトウェアを継続的に改善およびアップグレードし、装置の高速化、精度の向上、操作の簡易化、およびより大きな焼結部品の生産を可能にしました。 EOSは近年、力強い成長を維持しており、同社の製品は米国市場で一定のシェアを占めている[2]。

2. SLSプロセスの原理

まず、作成するサンプルのCADモデルをコンピュータ上に作成し、それをレイヤリングソフトウェアを使用して処理し、処理レベルごとのデータ情報を取得します。成形中は、予熱温度、レーザー出力、スキャン速度、スキャンパス、単層の厚さなどのプロセス条件が設定されます。まず、ローラーで作業台の上に粉末材料の層を広げます。CO2レーザーから放射されるレーザービームはコンピューターによって制御され、幾何学的形状の各層の断面のCADデータに従って粉末層を選択的にスキャンします。レーザーが照射された位置で、粉末材料は一緒に焼結されます。レーザーが照射されていない粉末はまだ緩んでおり、形成された部品と次の粉末層のサポートとして機能します。1つの層が焼結された後、作業台は断面層の高さだけ下げられ、次に次の層の粉末が広げられて焼結されます。新しい層と前の層は自然に一緒に焼結されます。すべての焼結が完了したら、焼結されなかった余分な粉末を取り除き、目的のサンプルを取得します[3]。

2.1. 選択的レーザー焼結のプロセス特性

他のラピッドプロトタイピング技術と比較して、SLSには次のような特徴があります[2-5]。

（１）多様な材料を使用することができる。理論的には、この方法は、加熱すると粘度が低下するあらゆる粉末材料を使用することができ、ポリマー材料粉末から金属粉末、セラミック粉末、石英砂粉末まで、焼結材料として使用できます。

（２）製造工程が簡単である。未焼結粉末はモデルのキャビティ部分とカンチレバー部分を支えることができるため、ステレオリソグラフィー装置（SLA）や熱溶解積層法（FDM）プロセスのように別途サポート構造を設計する必要がなく、複雑なプロトタイプや部品を直接製造できます。

（３）材料利用率が高い。焼結されていない粉末は再利用できるため、材料の無駄がなく、コストも削減できます。

（4）成形精度は、使用する材料の種類、粒子サイズ、製品の形状とその複雑さなどによって異なります。試作品の精度は±1％に達することがあります。

（５）広く使われている。成形材料の多様性により、構造検証や機能試験用のプラスチック機能部品、金属部品や金型、精密鋳造用のワックス型や砂型、砂中子など、さまざまな目的の焼結部品を製造するために、さまざまな成形材料を選択できます。

2.2 SLS 技術は、直接 SLS 技術と間接 SLS 技術の 2 つのカテゴリに分けられます。

（１）直接SLS技術：少なくとも２つ以上の融点成分を含む金属粉末（低融点金属粉末をバインダーとして、高融点金属粉末を構造材料として）を使用し、高出力レーザーでスキャンして低融点成分を溶融し、表面張力の作用で溶融していない高融点構造金属粉末粒子間の隙間を濡らして充填し、構造材料を結合して焼結し、緻密な金属部品または金型にします。主な直接 SLS 成形材料は、Ni-Sn、Fe-Sn、Cu-Sn、Fe-Cu、Ni-Cu です。

海外において、現在ダイレクトSLS技術の先進レベルを代表できる研究機関は、主にドイツのEOSです。同社は知的財産権を有するSLSシステムの開発だけでなく、SLS専用の金属材料の開発や関連する金属部品や金型の製造も行っています。国内で直接SLS技術を代表する研究機関は主に南京航空航天大学などです。

（２）間接SLS技術：ポリマー材料（PA、PC、PEP、PMMAなど）をバインダーとして使用し、レーザービームスキャンを使用してポリマー材料を溶融し、高融点構造粉末を結合してSLSプロトタイプを形成する方法。現在、間接 SLS 金属複合材には、ポリマーコーティングされた金属材料とポリマー/金属ハイブリッド複合材が含まれます。

海外において、現在間接SLS技術の先進レベルを代表する研究機関は、主にアメリカの3D System社です。中国では、現在、間接SLS技術の先進レベルを代表する研究機関としては、主に華中科技大学と北京龍源公司などがある。また、南京航空航天大学、華南理工大学、華北理工大学、西北工業大学、湖南大学、華北大学も間接SLS技術の研究を行っており、主にSLSシステム、材料、成形プロセス、温度場と応力場のシミュレーションなどに焦点を当てている。

3. SLSプロセスの原材料

焼結材料は、SLS 技術の発展における重要な部分です。焼結材料は、焼結部品の成形速度と精度、および焼結部品の物理的・機械的特性に決定的な役割を果たし、焼結部品の応用と SLS 技術およびその他のラピッドプロトタイピング技術の競争力に直接影響します。現在、様々なレーザー焼結材料が開発されており、材料特性に応じて、金属系粉末材料、セラミック系粉末材料、コーテッドサンド、ポリマー系粉末材料などに分類できます[4-8]。

A 金属系粉末材料 金属系粉末材料には、主に 2 つの種類があります。1 つはポリマーをバインダーとする金属粉末で、金属粉末材料を有機ポリマーでコーティングしたコーティング金属粉末 (DTM の RapidSteel 2.0 など) や、金属と有機ポリマーの混合粉末などがあります。このタイプの金属粉末のレーザー焼結プロセスでは、金属粒子が有機ポリマーによって結合されてグリーン部品が形成されます。その後、グリーン部品は、有機ポリマーの高温除去、銅浸透などの後処理によって、高密度の金属部品と金属金型が生成されます。もうひとつは、有機バインダーを含まない金属粉末です。このタイプの金属粉末は、高出力レーザーを使用して、高密度の機能的な金属部品や金型に直接焼結することができます。

B セラミック材料 セラミック材料の焼結温度は非常に高く、レーザーで直接焼結することは困難です。そのため、SLsプロセスで使用されるセラミックベースの粉末材料は、バインダーを含むセラミック粉末です。レーザー焼結プロセスでは、溶融バインダーを使用してセラミック粉末を結合して特定の形状を形成し、その後、十分な強度を得るために後処理を行います。一般的な接着剤には次の 3 つの種類があります。
① ポリメチルメタクリレート（PMMA）などの有機バインダーは、レーザー焼結後にPMMAを使用してAl2O3、ZrO2、SiCなどのセラミック粉末材料をコーティングし、脱脂や高温焼結などの後処理を施して、精密鋳造用のセラミックシェルやエンジニアリングセラミック部品を迅速に製造します。
② リン酸二水素アンモニウム NH4HZPO4 などの無機バインダーは、焼結中に溶融、分解し、P2O5 を生成します。P2O5 はセラミックマトリックス Al2O3 と反応し続け、最終的に AlPO4 を生成します。AlPO4 は、セラミック粉末を結合できる無機バインダーです。
③ 金属バインダー、例えばアルミニウム粉末。アルミニウム粉末は焼結プロセス中に溶融します。溶融したアルミニウムはAl2O3粉末を結合することができます。同時に、アルミニウムの一部はレーザー焼結プロセス中に酸化されてAl2O3を生成し、大量の熱を放出し、Al2O3の溶融と結合を促進します。

C コーテッドサンド コーテッドサンドは鋳造用の熱砂に似た砂で、アルミ砂や石英砂をフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂でコーティングして作られます。DTM の SandForm Zr などがその例です。レーザー焼結プロセス中、フェノール樹脂は熱により軟化して固化し、コーティングされた砂が結合して形成されます。レーザー加熱時間が非常に短いため、フェノール樹脂は短時間で完全に硬化できず、焼結部品の強度が低くなります。焼結部品は加熱する必要があります。処理された焼結部品は、鋳造砂型または砂中子として使用して金属鋳物を製造できます。

D. ポリマー材料 金属やセラミック材料と比較して、ポリマー材料は成形温度が低く、焼結に必要なレーザー出力が小さく、表面エネルギーが低く、溶融粘度が高く、金属粉末を焼結する際に克服するのが難しい「球状化」効果がありません。そのため、ポリマー粉末は現在最も広く使用され、最も成功しているSLS材料です。主なポリマー材料は次のとおりです。

ワックスパウダー従来の精密鋳造用ワックス（アルカンワックス、脂肪酸ワックスなど）はワックス型の強度が低く、微細で複雑な構造の鋳造の要件を満たすのが難しく、成形精度が悪いため、DTMは低融点ポリマーワックスの複合材料を開発しました。

ポリスチレン（PS）
ポリスチレンは加熱すると溶融して結合し、冷却するとネックレス状に固まります。また、吸湿率が低く、収縮率も小さいため、樹脂を含浸させることで成形品の強度をさらに向上させることができます。主な性能指標は、引張強度≥15MPa、曲げ強度≥33MPa、衝撃強度> 3MPaに達します。試作品や機能部品として使用できるほか、ロストフォーム鋳造の母型として使用して金属鋳物を製造することもできます。ただし、高温燃焼法（> 300℃）で脱型する必要があり、環境汚染を引き起こすという欠点があります。そのため、PS粉末原料には、ロストフォーム鋳造の使用要件に応じて分解助剤が添加されるのが一般的です。 DTM の商用製品 TrueForm Polymer など。成形部品はロストフォームで作ることもできますが、高価です。

エンジニアリングプラスチック（ABS）
ABSとポリスチレンはどちらも熱可塑性材料です。焼結成形特性はポリスチレンと似ていますが、焼結温度が約20°C高くなります。ただし、ABS成形部品は強度が高いため、国内外で試作品や機能部品の急速製造に広く使用されています。

ポリカーボネート（PC）
ポリカーボネート焼結成形の研究は比較的成熟しており、成形部品は強度が高く、表面品質が良く、型から取りやすいという特徴があります。主に航空、医療、自動車産業における金属部品の精密鋳造用ロストフォームの製造や、さまざまな業界で一般的に使用されるプラスチック金型の製造に使用されています。 DTM 社の DTM ポリカーボネートなど。しかし、ポリカーボネートはポリスチレンよりも高価です。中国の北京航空航天大学はポリカーボネート（PC）に関する研究を行い、成形部品の精度を向上させるためにその焼結プロセスを研究した。

ナイロン（PA）
ナイロン素材はSLS法を用いて機能部品を作ることができます。現在、商業的に広く使用されている素材は4種類あります。
1) 標準 DTM ナイロン。耐熱性、耐腐食性に優れたモデルを製作できます。 2) DTM ファインナイロン (DuraForm GF)。DTM ナイロンと同じ性能を持つだけでなく、部品の寸法精度が向上し、表面粗さが低減し、微細なフィーチャを製作できます。概念およびテスト製造に適していますが、価格が高くなります。
3) DTMファインナイロン医療グレード。高温オートクレーブで5サイクルの蒸気滅菌が可能です。
4) ProtoFormTM Composite は、DuraForm GF をガラス強化したもので、強化されていない DTM ナイロンに比べて加工性能が向上し、耐熱性と耐腐食性が向上しています。
同時に、EOS は高精度と良好な表面仕上げを実現できる新しいナイロン粉末材料 (PA3200GF、DTM の DuraForm GF に類似) を開発しました。

4. SLS（粉末焼結技術）の利点と欠点

SLS テクノロジーの利点は次のとおりです。
（１）原材料には多くの種類があります。粉末材料は加熱時に粘度が低い限り、SLS 技術の原料として使用できます。 SLS 技術で製造された製品やモデルは、さまざまなニーズを満たすことができます。他の技術と比較して、SLS 技術は金属の試作品や金型を作成できるため、幅広い応用の見通しがあります。
（２）手続きは簡単です。この技術は、粉末材料を原料として利用し、レーザー焼結により複雑な構造の製品試作品や金型を迅速に製造できるため、工業製品の設計に広く利用されています。
（３）精度が高い。精度は、粉末材料の種類、粉末粒子のサイズ、モデルの幾何学的構造などによって影響を受けます。一般的に言えば、その精度は 0.05mm ～ 2.5mm の範囲になります。
（４）支持構造物を必要としない。層が追加されると、浮遊層を支える焼成粉末がなくなります。
（５）材料利用率が高い。 SLS 技術の材料利用率は 100% に近くなります。これは、サポート構造やベース サポートが不要で、粉末材料の価格が比較的低いため、成形コストが低くなるためです。
（６）変形が小さい。 SLS 技術で製造されたワークピースは反りや変形が少なく、試作品の修正も必要ありません。

SLS テクノロジーの欠点は次のとおりです。
（１）長時間労働加工前には、粉末材料を結合融点近くまで加熱するのに約 2 時間かかります。加工後は、試作品を粉末シリンダーから取り出す前に、ワークピースが冷却するのに約 5 ～ 10 時間かかります。
（２）後処理がより複雑になる。 SLS 技術のプロトタイプ部品の加工中、粉末材料は加熱され溶融され、層ごとに結合されます。そのため、部品の表面は粒状になり、特定の後処理が必要になります。
（３）焼結の過程で臭いが発生します。ポリマー粉末材料は一般に、加熱と融解の過程で臭気を放出します。
（4）機器の価格は比較的高くなっています。プロセスの安全性を確保するために、加工室には窒素が満たされているため、機器のコストが増加します。

5。特定のアプリケーションの例
自動車における3D印刷SLSテクノロジーの最初のアプリケーションは、設計検証とパフォーマンステストのための手動サンプル（プロトタイプ）の生産です。


2番目の側面は、複雑な構造を持つ部品の直接生産です。


3番目の側面は、自動車の軽量構造部品の生産です。このタイプの構造部品は、自動車で広く使用されていません。


4番目の側面は、写真に示されている3つのケースをカスタマイズすることです。


5番目の側面は、3D印刷技術の出現後、車両モデル全体の生産です。もちろん、3Dプリントモデルは、3D印刷がさらに改善する必要がある場合もあります。

出典：マテリアル10さらに読む：
SLS Metal 3Dプリンターに関する予備調査レポート
SLS完全な情報セット


セラミック、カビ、EOS、FDM、航空

<<:  3Dプリント材料のローカライズ化が進むのは一般的な傾向である

>>:  BMFマテリアルテクノロジー：超高精度3Dプリント技術の進歩と応用

推薦する

3Dプリントされた精密セラミック部品がバッチで納品され、ボッシュは中国にセラミック印刷サービスを提供している。

はじめに:ボッシュのセラミック生産の歴史は、自動車用スパークプラグから始まりました。ボッシュは193...

イースグループ深セン支店が新住所に移転し、技術交流会が成功裏に開催されました

2024年3月18日、イースグループ深セン支社は新たな発展の幕開けを迎えました。深セン市龍華区建設...

SME と WI3DP が協力して、付加製造業界を発展させ、労働力の多様性を高めます。

2022 年 5 月 23 日、Antarctic Bear は、SME と Women in 3...

シーメンス、スウェーデン初の金属3Dプリント工場開設に2140万ユーロを投資

最近、しばらく前から3Dプリント業界に参入しているドイツの電子機器大手シーメンスが、ついにスウェーデ...

幹細胞の 3D プリントにおける画期的な進歩により、臓器のプリントがさらに近づきました。

CSC によると、医療分野における 3D プリンティングは、現在の義肢、歯科および骨インプラントの...

積層造形は半導体産業に貢献：設計を最適化し、効率を向上

積層造形 (AM) は半導体業界、特にマニホールド、組立治具、ウェーハ チャックなどの製造装置やツー...

CONTEXTレポート：世界の3Dプリンター市場は2015年に35％成長し、デスクトップデバイスが主力に

2015 年が終わりに近づく中、有名な市場調査会社 CONTEXT が、世界の 3D プリンティン...

邢台3Dプリント実験室の科学調査体験活動が春雷3Dプリント産業パークに進出

出典：邢台ニュース放送2021年7月20日、河北省科学技術庁が主催し、対外科学技術交流センターが主催...

ポケットに収まるポータブル3Dスキャナが登場。Shinlin 3Dが新製品EINSTAR VEGAを発売

2024年9月14日、Antarctic Bearは、3Dビジョン会社Shining 3Dが最近、...

米空軍は軍用機の設計と整備に3Dプリント技術を全面的に導入する

ティンカー空軍基地にあるオクラホマシティ航空物流複合施設 (OC-ALC) は、軍用航空機のエンジン...

米国で最も急成長しているフォーチュン500企業の1つとなった唯一の3Dプリント会社

3D プリンティングは過去 12 か月でその熱狂が薄れ、バブルが崩壊しました。ようやく、デスクトッ...

AtmosFlareの光硬化型3Dプリントペンは41ドルで車の模型を作ることができる

2016年北京モーターショーが現在開催されており、世界中で100台以上の新車が発表されています。自...

ミシガン工科大学のエンジニアがわずか1,200ドルのオープンソース金属3Dプリンターを開発

ミシガン工科大学のエンジニア、ジョシュア・ピアース氏は、手頃な価格の金属 3D 印刷技術の開発に取り...

Markforgedが新しい複合3Dプリンター「Mark X」を発売

有名な複合材料 3D プリンターメーカーである Markforged は最近、最新製品である Mar...

オーロラ3Dインテリジェント製造高度トレーニングクラスが中国3Dプリント文化博物館を訪問

最近、北京大学は、世界的な事務用品大手のオーロラグループ（中国最大の3Dプリント機器代理店の1つでも...