金属３Dプリンターの金属材料
金属３Dプリンターが急激に注目を浴びておりますが、金属３Dプリンターで出来る事と出来ない事はあまり知られていません。
なんでも出来てしまう魔法の箱と思われている方も多い事と思いますので少しずつ詳しい話をしていきたいと思います。
まず、金属３Dプリンターでは材質が限られております。
- マルエージング鋼
- インコネル718or713
- チタン64or純チタンorチタンアルミ
- ステンレス630or316L
- アルミニウム（AlSi10Mg）
正式リリースされている材料は大体この５種類になります。SKD11やS50Cといった一般的な鋼材、特殊鋼ではありません。その理由の一つに金属３Dプリンターで造形しやすい材質が初めに選定されました。それがマルエージング鋼です。ほとんどの金属３Dプリンターメーカーがこのマルエージング鋼の造形ができますが、日本ではあまりなじみのないこの材質は、ロケットやミサイル、航空機といった分野で使われてきた材質で日本では金型補修の溶接材料としては馴染みがあります。溶接材料という点では金属３Dプリンターもある意味溶接の繰り返しをしているようなもので、このマルエージング鋼は適していると言えます。マルエージング鋼データを見て頂ければわかりますように、非常に強い引っぱり強度をもっています。また時効材になるので硬度をあげる事も可能で主に金型鋼として使って頂いております。鉄系の材料としてはマルエージング鋼しかないので鉄系の試作品等もこのマルエージング鋼を使用します。
次にインコネル、チタンに関しては難削材と言われる部類になりまして、通常の金属加工業では少々厄介な材質としてご理解されているとは思います。時間のかかる加工で技術を要する加工になる為金属３Dプリンターで造形する方が早く安く製造できる場合があるため、航空機系のニーズを汲み取って開発されているようです。チタン64マテリアルデーターシート、インコネル718マテリアルデーターシートは自動車、航空機、宇宙産業等ではおなじみな材料になっております。最近ではアレルギー反応の少ない材質としてチタンのニーズが医療でも高まっています。多品種少量生産の現場では金属３Dプリンターの有効活用ができるかと思います。
最近ではアルミの造形も注目されております。金型レスでの試作品開発、熱伝導率部品等で使用できる為自動車産業、航空機産業でのニーズが見込まれますが、アルミのマテリアルデーターシートを見て頂ければわかりますが、鋳造アルミ系の材料になりますので熱伝導率はそんなに高いものではありません。材質データーを確認して頂き問題なければアルミとしては十分な造形品となります。
このように、材質だけをとっても何でも出来るという訳ではありません。
今現状の上記以外でのお客様の要望材質は下記のような材質での要望が非常に多く、これからの材料開発、またはパラメーター開発が急がれます。
- SUS303 304
- SKD11 SKD61
- S50C 鉄
- Al5000 7000
- 銅、青銅、黄銅
現在販売されている金属３Dプリンター
現在販売されている粉末積層造形法の金属３Dプリンターは
- Concept-laser （Mlab / Mlab ,M1,M2.X line 2000R）
- EOS （M100,M100 Dental,M290,M400,M400-4）
- Arcam （Q10Plus,A2X,Q20Plus,Spectra H）
- SLM （SLM125HL,SLM280HL,SLM500HL）
- 3D-System （PROX DMP100,PROX DMP200,PROX DMP300 PROX DMP320）
- 松浦機械製作所 （LUMEX Avance-25,LUMEX Avance-60）
- Sodick （OPM250L,OPM350L,LPM325）
- 森精機DMG （LASERTEC 30 SLM）
- Renishaw （RenAM500M,RenAM500Q,AM250,AM400）
- Trumpf （TruPrint 1000,TruPrint 3000）
- OR Leser (CREATOR）
等がありますので、新材質でのパラメーター開発または材料開発の場合はそれらを変更できるシステムを積んでいる金属３Dプリンターを選ばなければなりません。
金属３Dプリンター材料の選定
金属３Dプリンターで使用する金属粉末はどれを使っても良い！と勘違いされている方が殆どだと思いますが、残念ですが違います。
金属３Dプリンターで使用する金属材料は球である必要があり（流動性確保の為）、その粒径は金属３Dプリンターにより違います。それは機械の構造によるところなので我々ではどうする事もできません。自社で使用する金属３Dプリンターに合った粒径を選択しなければなりません。
次に重要なのが金属粉末の製造工程です。一番重要なのがガスアトマイズする際の酸素濃度です。酸素濃度が高ければ粉末が酸化してしまいますので造形品質に影響を与えます。あとは分球サイズ。どこにピークを持ってきて分球して頂くかは重要な項目になるはずです。
他にも流動性を見たり、湿度を見たりする必要があります。金属３Dプリンターでの粉末の入れ替えは時間がかかりますので入れ替える前の選定基準をしっかり満たした物を使うとが時間の無駄を生まない最前の方法です。
