電子ビームを用いた金属3Dプリンタ 三菱電機

三菱電機は2019年9月2日、熱源に電子ビームを用いた金属3Dプリン「EZ300」を発売した。希望小売価格は9800万円。年間10台の販売を目指す。業界最高の加工速度毎時250 ccと独自の棒状陰極の採用による業界最長の加熱寿命1,000時間を実現し、金属3Dプリンターに革命を起こす。

脅威の造形速度250cc

現状のレーザー式粉末積層造形の造形速度は50ccとされていますが、今回発売された金属3Dプリンターはなんと250cc!!造形範囲こそ250mm×250mmですが能力的に見れば5倍の能力が見込まれます。5倍の能力で9800万円は非常に価値がある。

ビームを採用し6000wの高出力で、汎用性も考慮した設計で、電子ビームの出力や走査速度、ビーム径といった造形時のパラメーター設定の自由度が向上し更に付加価値が高い機種となっている。

まさに欲しかった全てが実現されている金属3Dプリンターと言える。

省スペースで高効率に金属造形をするならまさにこの3Dプリンターが最適と言える。

様々な分野での活躍が期待される。

 

粉末積層造形法とは

粉末積層造形法は、粉末にした材料にレーザー(ビーム)やバインダー(接着成分)を用いて1層づつ固めて造形させていく方法です。微細な粉末材料を造形テーブル(ステージ)上に1層分敷きそれぞれの方法で固め造形し、また更にその上に次の層を造形していき、立体を得るという造形方法です。機種にもよりますが、樹脂や金属、石膏などの材料も粉末積層造形法使用しており、造形スピードとコストパフォーマンスに優れた造形手法です。

弊社の場合ですが、金属も樹脂も粉末積層造形法を使用しています。材料により積層厚みはバラバラです。金属ですとマルエージング鋼の積層厚みは0.05mm。インコネル718は0.04mm。アルミニウム、チタン64は0.03mmとなっていますし、樹脂ですとPA2200、PA3200 GAともに0.1mmになります。積層厚みが細かければ細かいほど時間がかかります。

粉末積層造形法に限った話ではないですが、斜めの形状は正確に言えば階段のような積層跡が残ります。緩やかであればあるほど顕著になりますので注意が必要です。

金属の粉末積層造形法で使用する金属粉は「ガスアトマイズ法」で作られる事が殆どです。「ガスアトマイズ法」で作られた金属粉は製造過程において表面張力で球状になります。粉末積層造形法では球状の粉末でなければ流動性が悪くなるため均一に粉末を敷き詰める事が出来なくなります。

また、粉末積層造形法では湿度も嫌いますので、造形環境には配慮が必要になります。

緩やかな斜め形状での階段現象
緩やかな斜め形状での階段現象

 

金属3Dプリンターとは

パウダーベット方式の金属3Dプリンター
パウダーベット方式の金属3Dプリンター

金属3Dプリンターは、粉末積層造形機の事を指し、パウダーベット方式と、レーザメタルデポジション方式がある。パウダーベット方式では「SLM」(セレクティブレーザーメルティング)というレーザーを熱源とした方法と、EBM(ELECTRON BEAM MELTING)ビームを熱源とした2種類が存在している。その他にレーザーメタルディポジション方式という溶射型の金属3Dプリンターの普及が始まっている。 最近ではAM(アディティブマニュファクチャリング)という言い方をする事が多いですが、一般的には金属3Dプリンターという言葉で理解されている事が多い。

パウダーベット方式では、マルエージング鋼、ステンレス、インコネル、チタン、アルミニウム、コバルトクロムモリブデンなどの材質ができ、レーザーメタルディポジション方式では工具鋼や銅なども出来ると言われている。一般的に細かな再現性を求めるならパウダーベット方式。早さと大きさを求めるならばレーザーメタルディポジション方式を採用する。

 

ダイレクトメタルディポジション方式
ダイレクトメタルディポジション方式

金属3Dプリンターがあれば誰でも簡単に何でも作れると思われがちだが、その範囲は狭い。造形ルールなどがあり、それに当てはまらなければ造形不可となる場合がある。また金属3Dプリンターでの量産は出来ないため、少量多品種、または一品一様生産に用いられ、その多くは試作開発品が占める。しかし、3次元水管を配置した金型への応用などにも用いられ、成形サイクルタイムの向上や品質向上の為の新たな工法としても注目を集めている。

ビーム式金属3Dプリンターとレーザー式金属3Dプリンターの違い

最近ではお客様の方が金属3Dプリンターについて詳しいかもしれませんが、パウダーベット方式の金属3Dプリンターにはビーム式とレーザー式があります。

どちらがいいかは、どんな事を金属3Dプリンターにやらせたいかによります。

ビーム方式

ビーム方式は主にArcamというスウェーデンの金属3Dプリンターになります。この設備の特徴は最大3500Wという大きな出力です。そして真空高温造形になりますので、歪みが少なく出来ます。そしてとにかく早い!!しかし、金属粉末が仮焼結してしまうので細部や内部の粉が取れない場合があります。チタンの造形が主になりますのでその他の材質は今のところリリースされていません。

レーザー方式

レーザー方式はたくさんのメーカーが採用しています。高温、冷却を繰り返してしまうので歪みが発生しやすいです。しかし、細部の粉が簡単に抜けるので細かい造形品に向いています。最近では4っのレーザーを搭載した大型機がリリースされていますので造形スピードの向上もしています。色々な材質での適用ができます。

簡単に説明をさせて頂きましたが、どのような材質でどのようなものを作りたいかによって変わります。

あの有名なGEでもこのふたつは使い分けています。

ただ・・同じ材質・・例えばTi64でビーム方式とレーザー方式で作ったものは金属特性は違うものと考えた方が良いので注意して下さい。

arcam