【テクニカルヒント】金属3Dプリント技術の徹底分析：SLM技術

この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-7-11 14:26 に最後に編集されました。

私たちが普段目にする金属粉はこんな感じです

抗えない理由を経験した後、私は下の写真のようになりました

犯人はレーザーと言われていますが、金属粉はどのような過程を経たのでしょうか？
今日は、SLM（選択的レーザー溶融）技術について詳しく見ていきます。

「犯罪現場」SLM280金属3Dプリンターを見てみましょう

SLM280 成形チャンバーの内部コンポーネントを詳しく見てみましょう。

最終的な部品は、層ごとに溶かして作られます。各層が溶けるごとにプラットフォームが下降し、新しい粉末が層の上に広げられ、このプロセスが繰り返されます。実際の成形原理は、レーザーが一定のエネルギー密度のエネルギーで粉末層に当たることで、スキャンされた領域の粉末が溶融状態に達することです。粉末が受け取るエネルギー密度は、スキャン速度、スキャン間隔、スキャンパワーなど、レーザーの多くの要素に関連しています。レーザーのエネルギーは金属粉末の表面に熱影響部を形成して溶融池を形成し、周囲の粉末の成形と溶接効果に影響を与えます。

レーザーは、特定のパターンと方向に従って、形成する必要がある溶融領域をスキャンします。さまざまな材料の合理的な自然化スキャンパスに従って、スキャン領域をストリップ、チェス盤などに分割し、部品の内部応力を効果的に解放できます。各層のスキャンベクトルを計画することで、内部欠陥を減らし、密度が高く、機械的特性に優れた部品を得ることができます。

では、選択的溶融のプロセスでは、最終製品の性能を向上させるためにどのような側面を利用できるのでしょうか?これをいくつかの重要な側面から分析することができます。以下は、同じ材料を異なるスキャン間隔で拡大した画像です。スキャン間隔が一定の範囲に拡大すると、非常に明白な内部欠陥が現れることがわかります。

スキャン間隔を大きくすると成形速度が大幅に向上しますが、溶融池の範囲が制限されます。間隔が大きすぎると、クラッド幅の重なり率が小さくなりすぎます。ひどい場合は、図3に示すような影響が発生します。残りの 2 つの要素を分析してみましょう。レーザー出力とスキャン速度もエネルギー密度を決定するコアパラメータであり、成形部品の多孔度に直接影響します。多孔度は完成品の機械的特性に直接影響します。

上の写真のアルミニウム合金を例にとると、レーザー出力が増加し、スキャン速度が低下すると、部品の多孔性が減少することがわかります。この傾向は、エネルギー密度が高いほど粉末がよりよく溶けるためですが、エネルギー密度が高いほど良いということでしょうか?もちろん、そんなに単純な話ではありません。まず、エネルギーが高すぎると、部品内部のガスが排出されず、隙間ができてしまいます。以下のように表示されます。

多くの条件下では、レーザーパラメータの結果は線形ではありません。高エネルギー密度では、このプロセスは比較的複雑になります。例:

上図は、銅合金の研究において、レーザー出力、スキャン速度、スキャン間隔が密度に与える影響を示しています。スキャン間隔が増加すると、エネルギー密度は減少しますが、密度はあまり変化しないという非常に特別な点がわかります。この現象は、包晶と共晶によって共同で影響を受けます。

さまざまなスポット径が印刷効果に与える影響を見てみましょう。

スポットは大きすぎることはできません。同じエネルギー密度では、スポットの直径が大きくなるにつれて、エネルギーは上面に集中します。各層の下の粉末はレーザー溶融池によって効果的に溶融できず、部品の品質に直接影響します。部品の垂直方向の引張強度が低下し、ひび割れが発生しやすくなります。要約すると、理想的な印刷効果を実現するには、多くの要素を考慮する必要があります。より適切なプロセスを継続的に模索することによってのみ、欠点をよりうまく克服し、SLM 技術をさまざまな分野に適用することができます。

最近、3Dプリント業界で衝撃的なニュースがありました。Sande Tribeが代表を務めるドイツの高級ブランドSLM Solutionsは、中国での販売チャネルを通じて、総額1,300万ドルに上るSLM 500金属3Dプリンター10台の注文を受けました。

SLM Solutions は、ドイツのリューベックに本社を置き、選択的レーザー溶融 (SLM) テクノロジーを専門とする 3D 印刷機器メーカーです。同社は以前はドイツのMTT Technology Group Lübeck GmbHとして知られていましたが、2010年にSLM Solutions GmbHに改名されました。 MMTは、英国の老舗上場企業であるMCPの傘下にあり、2000年にSLM技術を発表し、2006年には初のアルミニウムとチタンのSLM 3Dプリンターを発売しました。Sandi Tribeは、中華圏初のSLMソリューションブランド代理店です。

主な製品: SLM 125、SLM 280、SLM 500 シリーズの選択的レーザー溶融 - SLM 3D 金属プリンター。最大造形体積は 500 x 280 x 325 mm で、1000W レーザーを 2 つ装備することもできます。この技術は、チタン、スチール、アルミニウム、金などの金属粉末に高精度のレーザービームを連続的に照射し、溶接して成形する技術で、ドイツのSLMソリューションズ社がこの技術で多くの特許を保有し、トップの地位を占めています。同社の 3D プリンターは、自動車、家電製品、科学研究、航空宇宙、工業製造、医療などの業界で使用されています。

出典: Tribe of Three さらに読む:
[南極熊の3Dプリント文化] SLM選択的レーザー溶融：かけがえのない金属3Dプリント技術

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