DMLSとは
DMLS は Direct Metal Laser Sintering の略で、粉末床溶融 3D 印刷に属する金属積層造形プロセスです。 DMLS プロセスでは、レーザー システムが金属粉末粒子をスキャンして選択的に融合し、それらを結合してパーツをレイヤーごとに構築します。このプロセスで使用される材料は、粒状の金属です。これらの材料の融点は可変であり、高温で分子レベルで融合する可能性があります。 DMLS 技術は、金属合金の製造に適用されます。この記事では、DMLS プロセスの基本的なメカニズムと、その利点と制限について説明します。
DMLS の仕組み
DMLS 製造プロセス:
- ビルド チャンバーは、最適なビルド温度で金属粉末の酸化を最小限に抑えるために、アルゴンなどのインサート ガスで満たされています。
- 金属粉末の薄い層がビルド プラットフォーム上に広げられ、レーザー システムがコンポーネントの断面をスキャンし、金属粉末を溶融または融合して新しい層を作成します。モデル領域全体がスキャンされるため、最終パーツは完全にソリッドになります。
- スキャン プロセスが完了すると、ビルド プラットフォームは 1 つの層の厚さで下に移動し、金属粉末の別の薄い層を再コーティングします。このプロセスは、パーツ全体が完了するまで繰り返されます。
この製造プロセスが完了すると、部品は金属粉末でカプセル化されます。支持構造は部品と同じ材料で作成され、高い加工温度での反りや歪みを回避する必要があります。
その後、ビルド プラットフォームが室温まで冷却され、残りの金属電力が手動で削除されます。プリントされたパーツ ワン ビルド プラットフォームは、残留応力を緩和するために熱処理が必要です。最後に、切断または機械加工方法を使用して、最終コンポーネントを取り外します。
DMLSの特徴
DMLS プリンターのパラメーター
DMLS では、ほぼすべてのプロセス パラメータが機械メーカーによって設定されます。 DMLS の層の高さは 20 ～ 50 ミクロンの間で変化します。これは、流動性、粉末サイズ分布、形状などの金属粉末の特性によって異なります。
DMLS システムの典型的なサイズは 250×150×150 mm です。 寸法精度 ±0.1mm程度です。 DMLS は、パーツが常にビルド プラットフォームに取り付けられているため、X 方向と Y 方向の印刷領域によって制限されるため、少量のバッチ生産で広く使用されています。
DMLS の金属粉末はリサイクル性が高く、廃棄されるのは 5% 未満です。印刷プロセスの後、焼結されていない粉末が収集され、ふるいにかけられ、次の印刷のために新しい材料が充填されます。唯一の無駄は、 サポート構造これは、最終部品を正常に完成させるために非常に重要です。これにより、材料の量とコストが大幅に増加します。
層の接着
DMLS 部品はほぼ等方性の機械的および熱的特性を持ち、固体表面の内部気孔率はほとんどなく、気孔率は焼結状態で 0.2 ～ 0.5% 未満です。熱処理後、これはほぼゼロに減少します。 DMLS 部品は優れた機械的特性と高い硬度を備えていますが、疲労しやすくなっています。金属粉末は粒状であるため、DMLS 部品の表面粗さは約 6 ～ 10 ミクロンです。これは、最終部品の低疲労強度も決定します。
サポート構造と部品の向き
サポート構造 処理温度が高いため、DMLS プロセスでは必要です。
DMLS サポート構造関数:
- 次のレイヤーに適したプラットフォームを提供します。
- ビルドプレートの反りを防止するためのアンカーパーツです。
- ヒートシンクなどの印刷部品から熱を奪い、適切な速度で冷却速度を制御します。
DMLS 部品は、反りの可能性を最小限に抑え、重要な方向の強度を最大化するために、角度を付けて配置する必要があります。これにより、印刷時間、材料の無駄、および総コストが増加することは間違いありません。反りは、ランダム化されたスキャン パターンによって最小限に抑えることもできます。これにより、特定の方向への残留応力が防止され、特徴的な表面テクスチャが追加されます。
DMLS はコストが高いため、シミュレーションを使用して印刷動作を予測します。トポロジー最適化アルゴリズムを使用して、機械的性能を最大化し、軽量部品を作成し、サポート構造の必要性と反りの可能性を最小限に抑えることができます。
中空部＆軽量構造
DMLS は、サポート構造の除去が困難なため、大きな中空セクションを使用できません。直径 8 mm より大きい内部チャネルの場合、円形ではなくダイヤモンドまたはティア ドロップの断面を適用することをお勧めします。これらの機能はサポート構造を必要としないためです。
DMLS でのスキンとコアの設計は、中空セクションに代わるものです。この設計は、さまざまな材料特性を作成するために、さまざまなレーザー パウダーとスキャン速度で処理できます。このプロセスは、大きなソリッド セクションの製造に非常に役立ちます。印刷時間と反りの可能性を減らし、高い安定性と優れた表面品質を備えたパーツを製造します。
格子構造は、部品重量を削減するための DMLS の一般的な戦略であり、トポロジー最適化アルゴリズムは、有機的な軽量形状の設計を支援できます。
一般的な DMLS 資料
DMLS では、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、コバルト クロムなど、さまざまな金属合金からさまざまな部品を製造できます。これらの材料は、ほとんどの産業用途の要件を満たします。金属粉末のコストは非常に高いため、部品のボリュームとサポート構造を最小限に抑える必要があります。
DMLS の主な強みは、従来の方法では製造が困難なニッケルやコバルトクロム超合金などの高強度金属合金との互換性です。 DMLS 技術は、コストと時間を大幅に節約し、後処理で高い表面仕上げを実現できます。
| 素材 | 特徴 | |
| 利点 | 短所 | |
| アルミニウム合金 | 良好な機械的および熱的特性低密度良好な電気伝導性 | 低硬度 |
| ステンレス鋼 | 高い耐摩耗性優れた硬度優れた延性と溶接性 | |
| チタン合金 | 耐食性優れた強度対重量比生体適合性 | |
| コバルトクロム超合金 | 優れた耐摩耗性と耐腐食性優れた特性高硬度生体適合性 | |
| ニッケル超合金 | 優れた機械的特性高耐食性1200℃の耐熱性 | |
| 貴金属 | ジュエリーアプリケーション | 広く利用できない |
後処理
DMLS 部品の特性、精度、および外観を向上させるために、さまざまな後処理技術が適用されます。強制的な後処理ステップには、ルースパウダーの除去、サポート構造の除去が含まれますが、残留応力を緩和し、機械的特性を改善するために熱アニーリングなどの熱処理が使用されます。 CNC加工 穴やねじ山などの重要な機能に適用できます。メディア ブラスト、金属メッキ、研磨、微細加工により、部品の表面品質と疲労強度が向上します。
DMLS の利点 & 制限事項
DMLS の利点:
- DMLS は、従来の製造方法では作成できない複雑な形状のカスタム パーツを作成できます。
- DMLS パーツは、パフォーマンスを最大化し、総重量を最小化するようにトポロジー的に最適化できます。
- DMLS 部品は優れた物理的特性を備えており、使用可能な材料には加工が難しい超合金金属が含まれます。
DMLS の制限:
- DMLS の材料と製造コストは非常に高く、従来の方法で簡単に製造するには適していません。
- 正確な生産条件とプロセス管理のため、DMLS のビルドサイズは制限されています。
- DMLSプロセスに合わせて設計調整が必要です。