次世代の粉末床レーザー溶融3D印刷技術SLMシステムの青写真

付加製造は工業生産においてますます重要になっています。決定的な要因は、部品サイズの拡張性と付加製造システムの生産性です。このような背景から、ドイツのフラウンホーファーレーザー技術研究所（ILT）の科学者たちは、選択的レーザー溶融（SLM）技術のさらなる開発に取り組んでいます。この目的のために、フラウンホーファーはアーヘンに新しい SLM 研究所システムを構築しました。有効使用可能な造形容積は 1000 mm x 800 mm x 500 mm で、このシステムは大型の金属部品を迅速かつ高いプロセス信頼性で製造できます。

Fraunhofer ILT 画像ソース: Fraunhofer ILT のガス保護戦略とレーザー処理戦略<br /> Fraunhofer ILT は、このシステムをテストすることで、大規模な SLM システムも実現可能であることを実証したいと考えています。開発作業の主な焦点は、露出とシールドガスフローの新しい戦略でした。これは、元の不活性ガスシールド戦略が非常に大きなビルドボリュームには効果的ではなくなったためです。この目的のために、フラウンホーファーILTの科学者たちは、小型の可動式加工ヘッドと、各加工ポイントで不活性ガスの一定した流れを確保する局所シールドシステムを使用して、大型部品を製造するアプローチを採用しています。

さまざまなレーザーと光学系の実験<br /> フラウンホーファーILTでは、科学者たちがコスト効率の高いダイオードレーザーと並んでファイバーレーザーを使用したシステムをテストしています。現在一般的なガルバノメータを備えたスキャナーシステムの使用に加えて、高度に動的な直線軸と複数の個別に制御可能なダイオードレーザーを備えたモバイル処理ヘッドも調査しています。このマルチスポット処理の利点は、レーザービーム源の数を増やすことで、システムの構築速度を大幅かつコスト効率よく向上できることです。この新しいシステム設計コンセプトにより、光学システムを変更することなく、軸システムの移動距離を延長することで、構築ボリュームを増やすことができます。 Fraunhofer ILT は、両方の光学システムにはそれぞれ長所と短所があることを発見したため、Fraunhofer ILT は両方のアプローチを今後も探求していきます。

フラウンホーファー ILT 研究の結果は、現在の粉末床レーザー溶融メーカーが次世代の SLM システムを開発および構築するための新たな基盤を提供します。 Fraunhofer ILT の目標は、このシステムを量産にうまく活用することです。新しい SLM システムの重要な特徴は、その拡張性です。シールドガスシステムと光学システムを調整する必要がないため、さまざまなアプリケーションに合わせてビルドボリュームを効果的に拡張することが以前よりも簡単になりました。

スマートな処理戦略が付加価値を生む
Fraunhofer ILT の科学者は、システム技術だけでなく、効率的なプロセス管理パラメータも開発しています。製品作成の付加価値は、インテリジェントな露出とパス計画戦略、および適切なプロセスパラメータによって生み出されます。この開発の長期的な目標は、持続可能な管理のための新しいアプリケーションを開拓するだけでなく、部品製造時の内部熱応力などの課題に対処し、部品の歪みを持続的に制御することです。最も重要なのは、この新しいシステムが軽量設計と統合機能実現の新しいトレンドに対応し、航空宇宙、自動車、工具製造などの要求の厳しい業界向けに、機能が最適化された大型の構造部品を製造することです。

国際的には、GE、Additive Industries、シリコンバレーのスタンフォード大学出身のスタートアップ企業Seuratなどの企業が、大規模な粉末床レーザー溶融技術に取り組んでいます。 Seurat の技術はもともとローレンス・リバモア国立研究所 (LLNL) のチームによって開発されました。規模を拡大するだけでなく、速度も向上させるため、Seurat が 2016 年に申請した特許には、「粉末床イメージング用の 2 次元エネルギーパターン形成システム」で構成される 3D 印刷プロセスの詳細が記載されています。これは、Seurat が「2 次元的にパターン化されたエネルギービーム」を使用して金属粉末を溶かし、レーザーのエネルギーを最大限に活用できる金属 3D 印刷プロセスを研究していることを示唆しています。スタートアップ企業ではあるが、Seurat の将来性を過小評価すべきではない。同社はシリーズ A の資金調達で GE から追加投資を受けたばかりだ。Seurat の創業者と最高技術責任者はともにスタンフォード大学出身で、そのうちの 1 人は MIT で学士号、スタンフォード大学で修士号と博士号を取得している。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報: フラウンホーファーのハイブリッドLightFlexシステムは、射出成形の強度を備えた製品を3Dプリントできる

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