3DCAD画像

AMとはWhat is Additive Manufacturing

「3Dプリンターとは?」を簡単に、どこよりも詳しく説明します。

AM技術を用いた造形物

AMとは?

Additive Manufacturing(アディティブ・マニュファクチャリング)の略で、3Dプリンター技術を意味する言葉です。
粉末材料を一層ごとにレーザーで溶融し積層する(=Additive)ことによって立体物を造形する(=Manufacturing)手法のことを指す用語で、日本語では粉末積層造形とも呼ばれます。
AM技術という呼び方は、産業用3Dプリンターの世界では最もメジャーな呼び方となっています。
例えば、金属3Dプリント技術のことは「金属AM」と呼ぶのが一般的です。

3Dプリンター
(LPBF方式)の原理

産業用3Dプリンターで最も一般的なLPBF方式(Laser Powder Bed Fusion/粉末床溶融結合法)とよばれる技術は、材料となる金属や樹脂の粉末をレーザーで溶融させる、溶接技術の一種です。
3Dデータを”スライス状”にした2次元データを作成し、3Dプリンターに転送、造形(3Dプリント)が開始されます。
プリンターの内部では、リコーターと呼ばれる機構が粉体材料を薄く敷き詰め(=リコーティング)、スライスデータの通りにレーザーが材料を溶かし、形状を作り出します。
繰り返し何層も積み上げて立体を作るため、パウダーベッド方式は「積層造形」とも呼ばれる技術です。
レーザー溶接の技術であるため、金属素材の強度としては溶製材よりも強く、鍛造材に近い強度となります。

造形物ができるまで

3Dデータ作成作業

3Dデータの準備 / STLデータへの変換

樹脂 金属

3DCADなどの設計ソフトウェアを用いて、造形したいパーツの3Dデータを用意します。
金属の場合は設計制約を考慮した設計(DfAM*)を行うことをお勧めいたします。

*DfAMディーファム=Design for AM

金属AMのサポートパーツ

造形サポートの設計

金属

金属AMでは、「サポート」と呼ばれる”パーツを支える構造”を別途設計する必要があります。
空間上に立体成形するため、足場のない“オーバーハング”となる箇所はレーザーの熱が逃げにくく、熱溜まりが発生し、造形不良を起こします。
材料や積層厚み、レーザー照射パラメータにも依存しますが、目安としてはおよそ40度以下の確度になるものはサポートが必要です。
これを回避するためには、DfAMでサポートを必要としない形状に再設計する方法と、パラメータ開発を行い造形できるようにする方法があります。
ただ、サポートは完全な悪者ではなく、レーザー焼結時の熱伝導率を上げて、金属AM特有の残留応力による変形を防ぐ役割にもなり、適切なサポート設計で造形物の仕上がりを良くすることができます。

スライスデータ作成作業

スライスデータへの変換

樹脂 金属

一層一層積み上げて造形するため、3Dデータを輪切りに”スライス”した2次元データに変換する必要があります。
このスライスにしたパーツのソリッド部分を、レーザーで塗りつぶすように照射していきます。
EOS装置ではEOSPRINTという造形準備専用のソフトウェアをご用意しており、スライスデータの作成と、どのようにレーザーで塗りつぶすかを決めるレーザー照射パラメータの設定が可能です。

ベースプレート状の造形物

3Dプリント( AM造形 )

樹脂 金属

スライスデータを装置に転送し、いよいよ造形開始です。
金属AMの場合、ベースプレートと呼ばれるプレート上からパーツの照射が始まります。
樹脂の場合はプレートを必要としません。

造形時間の参考:
左の写真パーツは24時間で造形が完了します。
完了までの24時間は完全に無人稼働です。
(手のひらサイズのパーツ×8個。土台のベースプレートは25cm角サイズ)

※ベースプレート及び充填していた材料粉末は再利用可能です。

プレート切り離し、サポート除去作業

プレート切り離し&サポート除去

金属

金属AMの場合、ベースプレートからパーツを切り離す作業が必要となります。
また、サポート構造があるものについては、それらを取り除く作業が発生します。
つまり、いかに取りやすく無駄のないサポート構造を設計するかもエンジニアの腕の見せ所です。
材料や形状によっては、残留応力の除去のために熱処理後にプレートから切り離す必要があります。
また、熱処理によって狙った材料特性を導き出すことも可能ですが、これらには冶金学の専門知識が必要とされます。

仕上げ加工前後の製品

仕上げ加工

樹脂 金属

金属AMのウィークポイントとして挙げられるのは「面粗度の悪さ」です。
もちろんパラメータ開発によって大幅な改善が可能ですが、削り出しによる部品と比較するとやはり劣ります。
従来からの研磨技術だけでなく、乾式電解研磨などの新しい技術も掛け合わせ、最終製品へと仕上げていきます。
接合部などで寸法公差が厳格に設定されている場合は、予め削り代を含んだ設計を行い、AM造形後に機械加工を入れることをお勧めします。


AMの寸法精度:
パラメータ開発で改善可能ですが、目安としては以下の通りです。
小さなパーツ(~50mmまで):±40μm
大きなパーツ(50mm~):寸法に対して±0.2% (25cm角サイズで±0.5mm)
形状や材質にも依存しますので、詳しくはお問い合わせください。

AMを始めるために必要な設備

3Dプリンターさえあれば始められる、
という訳ではなく、
これまでの説明の通り
実は色々な物が必要になります。

<必要最低限なもの>

特に設計や後処理の部分については、
お客様の目的によって必要となるものが異なります。
詳細についてはお問合せください。

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会社概要​COMPANY

  • 会社情報​ABOUT US

    VISION:AMをものづくりのあたりまえに
    MISSION:AMの実践者であり先導者として、産業化されたAMプロセスを実現する

  • 製品・サービス​SOLUTION

    AM装置の販売からメンテナンス、受託生産、ソリューション開発に至るまで、
    AMに関するさまざまな事業を展開しています。