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事業内容 金属3Dプリンターとは
What is a metal 3D printer?
3Dプリンター

金属3Dプリンターの説明をする前に、3Dプリンターを理解する必要があります。

3Dプリンターは1980年、愛知県の「名古屋市工業研究所」にて小玉秀男さんが光造形法を発明しましたが、当時はまだ認知もされず、またどのように使ったらよいか誰もわかりませんでした。

しかし、その技術は様々な技術開発され、積層造形法(additive manufacturing)と定義され、技術として確立されるようになりました。


3Dプリンターの基本的な仕組みとしては、3DCADで設計したデータ(3Dモデル)をもとにして、スライスデーター化し、2次元の層を1枚ずつ積み重ねていくことによって、立体モデルを作っていく工法です。

液状の樹脂を紫外線で少しずつ硬化させる「光造形方式」や、熱で樹脂のワイヤーを送りながら熱で溶かし樹脂を積み重ねる「FDM方式」、また粉末にレーザーを当て溶かしながら固めていく「粉末積層法」、粉末にバインダーを混ぜ焼結させる「バインダー方式」などが存在します。

2013年アメリカの元Wired編集長であるクリス・アンダーソン氏が「MAKERS 21世紀の産業革命が始まる」という本を出版しベストセラーになったことと、オバマ元大統領が一般教書演説のなかで、3Dプリンターに言及し、3つの製造業ハブを立ち上げて積層造形に焦点を当てると話したことから日本でも各メディアで取り上げられ、3Dプリンターブームが到来し、なんでも作れる「魔法の箱」のように称されました。


金属3Dプリンターとは

金属3Dプリンターは最近の技術のように思われがちですが、実は1987年から始まっています。

金属の粉末にレーザーを照射し、当たった個所の金属を溶かし固めていくレーザー焼結法は実はアメリカではじまり、やがてドイツにわたり形になりました。

当初はCO2レーザーを搭載しておりましたが、CO2レーザー発振器では、レーザーガスが充填された発振器内で励起されたレーザー光を出力ミラーから取り出し、複数の反射ミラーで伝送するのでロスが多く、高エネルギーを出すことが出来ませんでした。金属の溶融率も低く70%しかありませんでした。

その後ファイバーレーザーが開発され複数ユニットから出力されるパワーを1本の光ファイバーにまとめて伝送できるようになると、金属3Dプリンターの技術もあがり金属密度も99.9%へ向上したのです。

現在ではEOS、3D systems、SLM、Concept Laser、TRUMPF、松浦機械工作所、DMG森精機などが金属3Dプリンターメーカーとして各ユーザーに提供しています。

金属3Dプリンターの選び方

金属3Dプリンター仕組み

金属3Dプリンターの仕組みは、励起されたレーザー光をファイバーを通しレンズで集光させ、ミラーでX、Yに振りながら金属の粉末に照射します。

1層の照射が終わるとディスペンサーから取り出した粉末をリコーターにて敷き詰めていきます。余った粉末はコレクターに回収されます。

そしてまた次の一層にレーザーを当てることにより、照射されたところだけが固化し造形物になっていくのです。

レーザーは焦点が一定にしなければならないので、造形ステージは下がっていきます。

造形ステージが下がると同時にディスペンサーの高さが上になるような仕組みです。

造形が完了すると、焼結していない金属粉末を回収し造形物を取り出します。

金属リサイクル

金属3Dプリンターのでは通常の金属加工のように切削くずのようなものはありません。必要な部分にしかレーザーを照射しないので、その他の部分は未焼結のまま粉末で存在しています。

未焼結の粉末は回収し、フルイにかけることにより、ヒュームや、大きくなってしまった粉末(金属粉末同士がくっついてしまったもの)を取り出して再利用することが可能です。

ただし作業する場合は金属粉末が空気中に舞うことがあるのでマスクをしての作業になります。

未焼結の粉末の保管は、湿度が少なく、酸化しないようにアルゴンガスや窒素ガスを注入し10kg単位で保管します。

金属3Dプリンターは製造業を中心に自動車・医療・教育・航空宇宙・先端研究など幅広い分野で普及しています。

用途は業界によって様々ですが、製造分野では製品や部品などの「デザイン検討」「機能検証」などの試作やモックアップとして、また、3次元水管を配置したハイサイクル金型などにも利用されています。

仕組みから勉強し、設計から新しいチャレンジをしてください!!

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