金属3Dプリンターセミナー動画

金属3Dプリンタ技術の最前線 基本的な仕組み

【内容】

金属3Dプリンターについて詳細なお話をさせて頂きます。「金属3Dプリンター」とはどういう物なのだろうというお話からさせて頂きます。

そもそも3Dプリンターというのは皆様よくテレビ等でよくご存知かと思いますが、金属の3Dプリンターの場合は粉末の金属を敷き詰めてそこにレーザーもしくはビームを当てて金属を溶かしていくという方法を使っております。一般的に3Dプリンターと表現した方がお客様にとってもわかりやすのでそのような言葉を使っております。本当の3Dプリンターの呼称として金属粉末積層造形装置というのが正しい言い方です。

しかし、そのような言い方をされるかたはほとんどいなくて工業、産業分野ではラピッドプロトタイピングとか最近ではアディティブマニュファクチャリングという言葉が非常に多く使われております。分類としては樹脂では光造形法とか紫外線インクジェット方式があったりFDM方式があったりしますが、金属では粉末積層造形法が主流になっています。

基本的な仕組みに付いてはどの3Dプリンターでも同じです。3Dモデル(CADモデル)をスライスデーターに変換するところから始まります。スライスデーターとは1枚1枚の2次元図面だと考えて頂くのがわかりやすくて、それらを1枚1枚積み重ねる事によって3Dもモノが出来上がるという事です。1番わかりやすいのがX線CT画像です。よく病院等で見かけると思いますが、それらの写真1枚1枚が私たちで言うスライスデーターというものになります。その写真の白くみえている部分をレーザーで焼き固めると骸骨が出来上がるという仕組みになっております。

中の構造的な仕組みを言いますと、造形ステージというところがありますが、その上に基準プレートと言われる物をセットします。セットが終わりますと金属の粉末を敷き詰めるのですが、厚みは材料によって違うのですが、マルエージング鋼といわれる鉄系の材料ですと50μmの粉を敷きつめています。敷き詰め終わりますと、そこにレーザーを当てて当たったところだけが溶けて固まっていきます。これが一層目になります。次にテーブルが一段(50μm)さがります。そしてまた粉を敷き詰めてレーザーを当てる事によって2層目が出来上がります。これを繰り返す事によって3Dモデル(形状)が出来上がっていくという仕組みになっています。

しかし、最初に基準プレートをセッティングしていますが、その基準プレートに張り付いて出てきます。いわゆる溶接をしながら作っている(造形)をしているイメージを持って頂くとわかりやすいのですが、そうしますとこの基準プレートから切り離さなくてはなりませんので、ワイヤーカットという機械を使って切り離してようやく完成という事になります。

そのイメージ画像がこのようになっていまして、下の部分が基準プレートになっていましてそこにこのような造形物が引っ付いて出てきます。これをワイヤーカットで切り離すという事です。

一度金属の造形しているところを見て頂きます。

白くみえているところが金属の粉末になっています。粉末の粒径は約20μm(ピーク)の粉を使っております。上からレーザーを照射していますので当たっているところがあのように光ってみえます。動画では一層目を造形している訳ですが、レーザーの走査線方向を見て頂けるといいのですが、1層目と2層目ではレーザーの走査線方向が変わります。これには理由がありまして金属の粉末に400Wのレーザーで溶かしていく訳ですけど、表面の一時的な温度は1800℃まであがります。それを繰り返し繰り返し照射する事によって残留応力、いわゆる歪みにつながる物が出てきますので、レーザーの走査線方向を毎回毎回変える事により残留応力を抑える事が出来ます。3層目はまた違う方向からレーザーは走っていきますので金属の強度としては強い方向になっています。 

金属3Dプリンターで作ったら強度が弱いという事は一切ありません。

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