えっ！アルミニウムの金属３Dプリンター？｜金属３Ｄプリンター受託造形サービスのことなら株式会社Ｊ・３Ｄ

時代も進みアルミニウムも金属３Dプリンターで造形できます。

しかし、どんなアルミニウムでも造形できる訳ではありません。金属３Dプリンターで造形できるアルミニウムは材質が限られています。

しかも、量産に全く向かないのが金属３Dプリンターなので金属加工屋さんが無くなる事もありません。

しかし、アルミニウムが金属３Dプリンターで造形出来るようになった今、さまざまな事にチャレンジできるようになりました。

軽量化や試作開発、トポロジー設計などです。

今まで出来なかった事が実現できる喜びがこの金属３Dプリンターにはあります。

それだけではありません。納期も圧倒的に早い。

これがアルミニウム金属３Dプリンターの一番のアドバンテージになります。

自動車、航空機、宇宙開発、ロボット、医療など様々な分野での活躍が期待されまています。

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金属３Dプリンターを使用してアルミニウムを造形するには実は2種類の方法？？があります。

実際には方法というより、造形温度になります。造形温度が異なることによって当然マテリアルデーターも変わってきます。

もちろん原材料（金属粉末材料）は同じものを使いますのでアルミニウムの金属成分にはなんの変わりもありません。

しかし、造形温度が変わることにより大きく変わるのは密度と精度。それだけアルミニウム造形は難しいのです。

形状や大きさによってこの温度帯を使い分ける必要があり、まさしくノウハウということになります。

詳しく書くことは非常に難しいのですが、一つは35℃（室温）造形というものです。

弊社では主にM280という機種を使う際はこの温度帯で造形します。理由の一つにM280は最大に入れておける金属粉末が高さ180mm分しかありません。180mmの高さを超える造形品の場合粉末が足りなくなり途中で継ぎ足しをしなければならなくなるのですが、200℃でその行為をしてしまうと、造形品の温度が急激に低下し収縮し、再スタートした個所に線となって現れてしまいます。

造形品の品質上、線は困りますので35℃造形を使用します。　ひっぱり強度は35℃造形で430Mpaになります。

しかし、35℃造形の問題点もあります。　

アルミニウムというのは熱伝導率が良いのでレーザーで溶かしてから冷えるまでの時間が非常に短いのですが、その短さゆえに残留応力がたまりやすくなります。残留応力がたまると造形中の割れにつながることもあります。35℃造形には割れのリスクと歪みのリスクが常に付きまとっていると考える方が良いでしょう。

一方で200℃造形の場合では、造形ステージを200℃まで温めて造形をします。　アルミニウムが冷えて固まる速度を遅らすことにより残留応力の溜まりが少なくなります。割れ防止につながり歪みも抑えられるという事です。

先ほどはM280のお話をさせて頂きましたが、弊社ではM290も使用しています。M290では粉の継ぎ足しをしなくてもよい量が入っていますので大きなものを造形する際はM290を使用します。（大きなものは応力もたまりやすい）

基本的の品質は200℃造形の方が良いので通常はほぼ200℃造形を使用します。　しかし、強度が35℃造形よりの劣り、引張強度は360Mpaになります。

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アルミニウム造形が難しいところがあります。

それがアルミニウム粉末を敷き詰める工程だとは私たちも夢にも思いませんでした。

金属３Dプリンターでは細かな金属粉末にレーザーを照射し溶かしながら積層していくのですが、照射された直後は高温になり部分的に膨らみが生じます。

その膨らみが生じたまま次の層の金属粉末を敷き詰める場合も少なくありません。その際、他の材料であれば硬いのでリコーティングで停まってしまうのですが、アルミニウムの場合柔らかさがあり削り取りながら粉末を敷き詰めてしまう場合があります。

これを続ける事によりある部分だけ金属密度が低下してしまう場合があるのです。

ここで大事なるのが造形の姿勢です。

どの造形姿勢にするかによってこの膨らみを回避する事が出来ます。

これらは何回も失敗を重ねて得るノウハウになりますので色々な造形物にチャレンジしてみなければなりません。

またアルミニウムはレーザーは反射してしまいエネルギーの吸収率が悪いという特徴も持っています。

レーザーパワーを上げ高速で造形することが望ましいのですが、冷却スピードのバランスが悪ければ残留応力になってしまいます。

また密度のバランスで溶融不良になったりガスの巻き込みがあったりしますので注意深くパラメーターを合わせこむ必要があります。

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粉塵爆発って聞いたことあるかと思います。

粉塵爆発とは、ある一定の濃度の可燃性の粉塵が大気などの気体中に浮遊した状態で、火花などにより引火して爆発を起こす現象です。

微細な粉塵は体積に対する表面積の占める割合が大きいので、空気中に十分な酸素が存在すれば、燃焼反応に敏感な状態になり、火気があれば爆発的に燃焼します。

金属３Ｄプリンターで使用する金属粉末は20μm～70μmほどの微細な金属粉になりますので、乱暴な扱いにをすれば簡単に空気中に金属粉末が舞ってしまいます。まさに粉塵爆発を起こす環境を作ってしまうのです。

金属３Dプリンターで使用する金属粉末は湿度も嫌います。表面積を増した金属には湿度が入れば流動性が悪くなり、造形工程で粉末を均一に敷き詰めることが出来なくなるからです。

そんなことから造形室というのは徹底した湿度管理がされています。

話が変わりますが、車を運転した後に手にバチッと音がして痛くなることありますよね？？　火花のようなものが見えるときがあります。

皆様がご存知の静電気です。静電気は乾燥した冬場や低湿度条件で発生しやすいことは経験上わかってるかと思います。

先ほどもお話ししたように、造形室は徹底した湿度管理を行っています。つまり・・乾燥状態なのです。

乾燥状態の造形室で、作業をすれば作業服が擦れ摩擦帯電によって電気が生じます。

つまり何が言いたいのかと申し上げますと、乾燥した造形室は粉塵爆発を起こす環境を整えてしまっているのです。

だからこそ、金属3Ｄプリンター導入時には安全教育というものを受けます。

どんなことをしたら危ないのか？？どんな作業手順やルールがあるのか？？などを学びます。

写真をご覧ください。金属３Dプリンターの前には黒いマットが敷いてあります。

造形完了後はこの黒いマットの上で、手首にアース線を取り付け作業を行わなければなりません。（静電気防止）

万が一ゴムマットの上で作業しなかったら・・・手首にアース線をつけ忘れたら・・・粉塵爆破を起こす環境をますます整えてしまったことになります。

そのような危険から少しでも従業員を守るために、静電気の起こりにくい素材の作業衣を着用したり、静電気のたまりにくい導電性の有る材質で作られた安全靴を履くことを徹底します。

また、水と激しく反応する金属の中にアルミニウムが含まれています。アルミニウムで発火の際に水をかけてしまうと水素を発生して爆発することがあるため，大変危険です。

ですから金属火災用の粉末消火剤を用意したり，乾燥砂などを工場内に設置を行います。

まずは安全教育を徹底すること。そしてルールを守ること。万が一の訓練をすること。

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アルミニウムを金属３Dプリンターで造形するメリットって何ですか？？

導入前には弊社でもこれが一番疑問でした。

皆様がご存知の通りアルミニウムは加工性も良く、マシングセンタでもサクサク切削をする事が出来ます。

それを敢えて金属３Dプリンターにするメリットって何かあるのか？？？マーケットはあるのか？？？と思っていて二の足を踏んでいました。

先の項目でもお話ししたように金属３Dプリンターで造形できるアルミニウムは「AlSi10Mg」という鋳造アルミになります。

そこが機械加工と大きく違う部分であり、鋳造にポイントを置いているという事になります。これはアルミニウムに限った話ではありませんが、現在機械加工で安く加工できている物を金属３Dプリンターを使えば安くできる・・ということはありません。しかし・・鋳造はどうでしょうか？

鋳造では1個作るにしても「金型」が必要になります。金型を製作するにはもちろん「コスト」がかかります。

そのコストと時間を比較してしまうと金属３Dプリンターの方が勝る事があるのです。機械加工では出来ない・・金型を必要とする形状・・つまりは「鋳造品」の超少量生産では多いに活躍する場があると言う事です。

金型レスで鋳造品を製作できる事。これが金属３Dプリンターで造形できるアルミニウムが「AlSi10Mg」である要因の１つであり、メリットであるという事になります。

でもお客様の本音はADC12や5000番台、7000番台のアルミニウムがやれることを望まれています。

今後は望まれる材質での造形ができるようにしなければならないですね。

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一般的にJIS規格のAC4AからAC4Cと表記されるアルミニウムで使用している部品にはこのアルミニウムで十分な性能を出す事が可能です。例えばマニホールド・ブレーキドラム・ギヤボックス・ミッションケース・フライホイール・シリンダヘッド・バルブボディー・クランクケース・クラッチハウジングハウジング・航空機部品・小型用エンジン部品・電装品などでの使用が多くあります。

基本的には靭性が欲しいアルミニウムを使用したい箇所で使えます。また熱処理を施す事も出来ます。

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