レーザービーム成形技術により、単一レーザー金属 3D プリントで 430 cm3/時を超える生産速度を実現しました。

2023年11月、Antarctic Bearは、EquispheresとAconity3Dが開発した造形速度が、特にアルミニウム粉末とレーザー粉末床融合における金属付加製造の業界標準のほぼ9倍であることを知りました。両社は、それぞれの装置と材料技術の可能性を探求し、Aconity3Dの印刷装置、レーザービーム成形技術、EquispheresのNExP-1 AM粉末を使用して、単一レーザー生産速度430 cm3/時以上を達成しました。

△Equispheres独自のアルミニウム合金粉末粒子を50μmに拡大

ビーム成形と特殊粉末によりレーザー粉末床融合の生産性が向上

●粉末材料

△Equispheres独自のアルミニウム合金粉末粒子を200μmに拡大

Aconity3D の Martin Buscher 氏は次のように説明しています。「NExP-1 パウダーは、高速性能を実現するために不可欠です。このパウダーは優れた特性を備えており、高速での作業に最適です。この特性により、高出力レーザーによる高速印刷に必要な最適な溶融挙動が可能になります。」

Equispheres は独自の製造プロセスを使用して、トップクラスの粉末として認められている NExP-1 を製造しています。NExP-1 は、安定した溶融挙動と正確な印刷プロセス制御で認められた AlSi10Mg 粉末であり、信頼性と再現性のある溶融性能を保証します。

レーザービーム成形

レーザービーム成形とは何ですか?
レーザービーム成形技術とは、さまざまな応用分野のニーズを満たすために、レーザービームの変調と処理を行い、より均一で安定したビーム品質を実現することを指します。レーザービーム成形技術は、レーザー加工、精密測定、光情報処理、ホログラフィー、光通信などの分野で幅広く応用されています。

レーザービーム成形は、積層速度を加速する能力があるため、積層造形業界で注目を集めています。この技術は、レーザー粉末床溶融結合 (LPBF) で使用して、エネルギーが粉末床と相互作用する方法を変更し、電力密度と熱勾配に影響を与えることができます。それ以来、同協力団体は最大出力3kWのIPG YLR 3000/1000-AMを採用してきました。スケール化されたガウスビームの代わりに成形ビームを選択すると、高生産加工中の過熱とスパッタの形成を減らすことができます。 Aconity3D のモジュール式印刷システムは、付加製造のニーズに合わせてカスタムソリューションを作成する柔軟性を提供します。

「Aconity3D の印刷技術とチームの専門知識は、このプロジェクトの成功に不可欠でした」と、Equispheres の製品および戦略担当副社長である Evan Butler-Jones 氏は述べています。「当社は、非常に高出力のレーザーを使用して、従来の能力をはるかに超える付加製造プロセスパラメータをテストしています。Aconity3D プリンターは、正確な制御と監視機能を備えており、その結果得られる構築速度は、現在のアルミニウム付加製造の生産速度を大幅に上回ります。」

進化するビーム成形技術
Fraunhofer IAPT は、金属 3D プリントの安定性と生産性の向上を目的として、ビーム成形の研究を行っています。この研究には、LPBF の溶融プールのエネルギー入力を最適化するためにレーザープロファイルを調整することが含まれていました。従来のガウスレーザープロファイルではエネルギー分布が不均一になり、気化の問題が発生したり、プロセスの安定性が損なわれる可能性があります。ビーム成形は極めて重要であり、レーザープロファイルを調整して温度分布を一定に保つことができます。この技術は、微細構造制御の改善、潜在的なコスト削減、生産性の向上などの利点があり、印刷速度は 1.5 ～ 2.5 倍に向上します。

ローレンス・リバモア国立研究所の研究者たちは、従来のガウスビームの代替となるベッセルビームを研究することで、金属 3D プリントの欠点に対処しました。ベッセルビームは、エネルギーを再分配することにより、金属部品の多孔性と欠陥を減らすように設計されています。ガウスビームとは異なり、ベッセルビームは非回折特性、焦点深度、および高い許容範囲を備えているため、LPBF プロセスが強化され、熱勾配と不安定性が低減されます。実験結果によると、溶融池の乱流と飛散が減少し、より密度が高く、強度が高く、堅牢な 3D プリント金属部品が実現しました。ビーム成形は、LPBF の品質を向上させ、3D プリントを業界標準に引き上げる低コストで有望なアプローチを提供します。

レーザービーム成形技術により、単一レーザー金属 3D プリントで 430 cm3/時を超える生産速度を実現しました。

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