3Dプリンティングは、現在短期シリーズ生産の未来として認識されている急速に発展している技術です。
しかし、常にそのように楽観的だったわけではありません。3Dプリンティングが数十年前に登場した時、それは印象的ではあるものの、実際の応用を見つけることができない遅い好奇心として扱われていました。デザインやプロトタイピングに時々使用されることはありましたが、基本的な生産方法の一つになることは決して意図されていませんでした。
しかし、3Dプリンターに対して良い予測をしなかった人々は、これ以上間違っていることはありませんでした。過去10年間で、3Dプリンティング技術 - そして金属においても - は、多くの主要メーカーを引き付け、産業の新たな分野でますます応用を見つけるほどに発展しました。
3D金属プリンター
ここ数年、3D金属プリンターの供給と需要の両方が急増しています。メーカーは常に金属用の新しい付加製造ソリューションを導入しており、それらはより速く、使いやすく、より効率的であり、さらに多くの異なる金属の使用を可能にしています。
このため、ますます多くの企業が金属部品やプロトタイプを生産するために3D金属プリンティング技術を使用しており、付加的印刷の概念そのものから生じるデザインの自由度の向上からも恩恵を受けています。金属3Dプリンターは現在、航空宇宙、航空、自動車、医療機器、工具製造など、さまざまな産業で使用されています。
3Dプリンティング
3Dプリンティングは、付加技術とも呼ばれ、ゼロから三次元オブジェクトを層ごとに作成するプロセスです。通常、部品の三次元デジタルモデルから始まり、ソフトウェアによって多くの非常に薄い層に「スライス」され、層の厚さは製品の形状と使用される材料の種類によって異なります。
次に、通常は粉末または顆粒の形態の原材料がプリンターに装填されます。最も一般的な材料はもちろんプラスチックですが、アルミニウム、チタン、工具用およびステンレス鋼、ニッケル、銅、ブロンズ、コバルト、貴金属（金、銀、プラチナ）などの金属もますます使用されています。原材料は溶融温度まで加熱され、機械によって作業面に層ごとに適用され、製品全体が印刷されるまで続きます。
3D金属プリンティング
付加技術の産業および商業的応用の増加を見ると、金属3Dプリンティングは常に最前線にあります。それは最も急速に成長している生産技術の一つです。現在、プロトタイピングや短期シリーズ生産のために他の技術と組み合わせて使用することができます。場合によっては、3Dプリントされた金属オブジェクトの品質と印刷効率は、すでに従来の技術に匹敵するか、さらには上回っています。
3D金属プリンティングは、宇宙産業、航空、自動車産業、エンジニアリング、そして医療および実験室システムの生産におけるプロトタイピングと短期シリーズ生産に使用されています。
3D金属プリンティングはどのように機能するか？
3D金属プリンティングは、いくつかの技術のファミリーを広く指す用語です。簡単に言えば、溶融、溶接、または焼結を通じて層ごとに金属オブジェクトを作成することを可能にする製造技術は、3D金属プリンティングプロセスと呼ぶことができます。金属での印刷を可能にするソリューションは実に多くありますが、いつものように最も一般的に使用されているものを知る価値があります。
基本的な3Dプリンティング技術
3D金属プリンティングでは主に3つの技術が使用されています：
- DMLS（Direct Metal Laser Sintering）
- SLM（Selective Laser Melting）
- EBM（Electron Beam Melting）
DMLS 3Dプリンティング
Direct Metal Laser SinteringまたはDMLSは、3D金属プリンティングの最も一般的な方法です。レーザーは金属粉末を層ごとに焼結して、印刷部品を作成するために使用されます。
この印刷技術で使用される材料には、マルエージング鋼、アルミニウム、インコネル625ニッケルクロム合金、コバルトクロム合金、チタンなど、幅広い金属合金が含まれます。
DMLS技術は、プロトタイプや機械部品を作成するために使用されます。アンダーカット、凹部、さまざまな傾斜角度を持つ要素を生産するために使用できます。これには医療機器、器具、プロトタイプ、ツールが含まれます。
SLM 3Dプリンティング
Selective Laser MeltingまたはSLMは、名前が示すように、材料を溶融させることを含みます。3Dプリンティングは不活性ガス環境で行われます。このため、SLM 3Dプリンティングの品質は、鋳造または鍛造方法で製造された部品の品質に非常に近いです。
SLM 3Dプリンティング技術を使用して作られたオブジェクトは非常に耐久性があります。このため、この技術はプロペラやギアなどの機械部品、および自動車、医療、航空産業で使用される製品の生産に使用できます。
EBM 3Dプリンティング
Electron Beam MeltingまたはEBM技術は、SLMプリンティングに似ていますが、レーザーの代わりに電子ビームを使用します。この技術はレーザー支援印刷よりも速く、より正確であり、それで印刷された製品は一般的に他の金属印刷プロセスで得られる部品よりも耐久性があります。
EBM法は主にチタンとコバルトで作られたオブジェクトの生産に使用され、航空機、宇宙シャトル、ロケット、エンジンの部品やコンポーネントが含まれます。
3D金属プリンティングの利点
3D金属プリンティングの大きな利点はデザインの自由度です。3Dプリンティングは、製造業者に対して、従来の機械加工技術では製造できないか、または製造が非常に困難な極端な幾何学的複雑さを持つ要素を生産する能力を与えます。
最小限の廃棄物：ほとんどの場合、製品を印刷するために必要な唯一の材料は、完成品に使用されるものです。さらに、実質的に余分な材料はなく、残留物は再利用またはリサイクルすることができます。これはもちろん、生産プロセスのコストが低いことを意味します。
ワンステップ生産：3Dプリンティングプロセス中、機械はオペレーターの監視なしに自動的に動作します。これは、1人のオペレーターが同時に複数のプリンターを操作できることを意味し、労働コストを削減することができます。また、切断、フライス加工、溶接などの他の従来の生産プロセスへの依存も減少します。なぜなら、生産プロセス全体が1台の機械で行われるからです。
さらに、金属3Dプリンターは、ほとんどの高度なCNC機械よりもはるかに小さく、生産ホールでのスペースを少なく占めることを意味します。また、生産プロセスの時間を短縮することも可能です。
さらに、3D金属プリンティングは：
- 従来の生産方法と比較して、複雑な部品をより速く生産することができます。
- 3D金属プリンティングは従来の技術よりも安価です
- 選択した技術に応じて、3D金属プリンティングは非常に複雑な幾何学形状のオブジェクトを正確に生産することを可能にします。
- 非常に複雑なデザインの場合でも、極めて高い強度の部品が得られます。これは、3Dプリントされたコンポーネントが航空、宇宙、軍事産業で高い需要がある理由の一つです。
- 3D金属プリンティングは、従来の生産方法とは異なり、材料の廃棄物を生成しません。
簡単に言えば、3D金属プリンティングは、従来の技術では生産が困難であるか、またはそのような生産が非効率的である複雑な部品を作成するための理想的な技術です。
3Dプリンティングの未来
将来的には、3Dプリンティングの多くの「欠点」は、技術がより広く普及するにつれて最小化または完全に排除されるでしょう。そして、デザイナーは怠けることなく、革新が雨後のキノコのように現れるため、3Dプリンター自体のコストも減少するでしょう。
新しいプリンターはより多くの種類の材料を使用することができ、より速くなるでしょう。したがって、現在完了するのに数日かかるプロジェクトは、数時間または数分以内に完了するでしょう。
今後数年間、3Dプリンティングは進化し続け、製造業の風景を変えるでしょう。それはカスタムおよび短期シリーズ生産の基礎を形成するでしょう。また、自動車、航空、医療などの多くの産業での大量生産にも使用されるでしょう。