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積層造形技術レーザメタルフュージョンの利点、仕組みとアプリケーション

レーザメタルフュージョン(LMF、粉末床レーザ溶融)は積層造形法の一種であり、加工品が粉末床で一層毎に造形されます。その工程では、部品のCAD設計データに従ってレーザが金属粉末を的確な箇所で溶融して、材料層に作り変えます。そのため、この製法は金属積層造形もしくは3D金属プリントと呼ばれることが多く、業界ではレーザ焼結ならびにレーザ溶融という用語も広く使用されています。この製法は、旋盤加工や切削加工などの従来の製法では製造不可能であるか、製造能率が低くなってしまうような、形状が複雑で、精緻な内部ダクトや空洞部を有するパーツの連続生産に最適です。産業用積層造形では安定性が高いと同時に軽量な部品が生み出されるため、軽量構造ならびに個人に合わせたインプラントやプロテーゼに特に有益です。更にレーザメタルフュージョンは持続可能な製法でもあります。切削工法とは異なり切屑が発生しないため、材料の無駄遣いがほとんどありません。TRUMPFは積層造形での約20年に及ぶ経験を活かして、機械、サービスとデジタル化から成るレーザメタルフュージョン用のフルパッケージを産業用途に適したレベルで一手に提供しています。当社の提供製品・サービスは部品の定義から完成品、そしてその先に至るまで、プロセスチェーン全体をカバーしています。

機能統合

レーザメタルフュージョンでは、ユーザーは直接3D CADモデルから柔軟なまたは回転可能な構造などの機能性部品を製造することができます。

輪郭近くの冷却装置

レーザメタルフュージョンでは、輪郭近くに冷却装置を有する部品を製造することができます。この冷却装置を介して、熱が直接その発生箇所から放出されます。

グリッド構造

積層造形では、配列が複雑な精緻な構造を形成することができます。

積層造形でのデザイン

自由なデザイン:従来の製造方法とは異なり、3D金属プリントでは設計が部品製造での決定的な要素です。

生産性

3D金属プリントではセットアップ時間がほとんど発生しません。オプションのマルチレーザと自動化コンポーネントを利用することで、生産効率が更に高まります。

効率

TRUMPFの産業用部品/粉末処理により、生産現場での経済性が向上します。

清潔

粉末がクローズループ式に循環するため、清潔で安全な生産環境が実現します。

レーザメタルフュージョン工程の簡単な説明

レーザメタルフュージョンでは最初に、部品のバーチャル3Dモデルが用意されます。データ処理中に、設計データが機械で読み取り可能な造形ジョブファイルに変換されます。その際、部品が基板プレート上に配置され、必要に応じてサポート構造が取り付けられます。部品はプリント工程用に単層に切り分けられ(「スライス」)、それに対応するレーザ軌道が定義されます(「ハッチ」)。加工品は最終的に、不活性ガスが注入されたプロセスチャンバーの基板プレート上で一層毎に造形されます。チャンバー内には、貯蔵/造形/オーバーフローシリンダーが一軸上に隣り合った状態で立っています。リコーターが粉末を貯蔵シリンダーからビルドシリンダーに押し込みます(1)。そしてレーザがパーツの輪郭通りに最初の粉末層を溶融し、その層がその下にある層と材質結合されます(2)。次に、ビルドシリンダーが一層分沈み込みます(3)。これは言うなれば、部品が粉末床の中に造形されていくようなものです。余分な粉末はオーバーフローシリンダーに送り込まれます。部品が完全に造形されるまで、この工程が何度も繰り返されます。生産性の向上を目的として、TRUMPFはシステムに同時に動作する複数のレーザを搭載しています。これはマルチレーザ原理と呼ばれています。最後に、完成品に付着している金属粉末が取り出しステーションで取り除かれます。そして部品がプレートから外され、存在している場合にはサポート構造も取り除かれ、必要に応じて加工品の後処理が行われます。

機能図に基づいたレーザメタルフュージョン(レーザ焼結)の機能原理の説明。

金属積層造形の機能原理の簡単な説明です。


"当社がTruPrint装置の購入を決定した理由は、プロセスの前後の周辺機器に関して完全な一貫性が備わっており、装置にモニタリングソリューションも統合されているためです。"

クリストフ・ハウク
toolcraft社技術・販売担当取締役

この技術自体と同じく多様なアプリケーションと使用領域

積層造形で個人に合わせて製造されたチタン製頭蓋骨インプラント

頭蓋骨インプラント

レーザメタルフュージョンは医療用機器とインプラントの製造に対する高い品質/安全要件を満たしています。例示されているカスタマイズ型チタン製頭蓋骨インプラントは約5,000層から構成されており、その製造時間は8時間45分でした。

TruPrint 1000により取り付けアングルの軽量化を実現

取付ブラケット

宇宙航空産業では、軽量構造と同時にパーツ内部の良好な力の流れが極めて重要です。レーザメタルフュージョンでは、このトポロジー最適化デザインと呼ばれる構造を簡単に製造することができます。その具体的な例として表示されているこの航空機ドア用取付ブラケットは約2,700層から構成されており、その造形時間は8時間以下でした。

TRUMPFのTruPrintマシンでの積層造形による油圧ブロック

油圧ブロック

表示されている油圧ブロックは制御バルブと油圧シリンダー間の連結装置として使用されます。このブロックをレーザメタルフュージョンで製造することで、総体積の80 %減、圧力損失の93 %減が機能を全く失うことなく実現します。造形はサポート構造なしで行われ、11時間で完了しました。

ランナー

従来の製法であれば、このランナーの製造には5個の単部品が必要になってしまいます。レーザメタルフュージョンでは、最終形態を直接製造することができます。またこの製法では、輪郭に近い複雑な温度調節ダクトの造形も簡単に実現します。それに加えてユーザーには、サイクルタイムの短縮、熱安定性の高い生産プロセスと極めて低い不良品率というメリットがもたらされます。表示されているランナーの製造時間は70時間以下でした。

アクスルキャリア

自動車業界では、複雑で機能性の高い試作品をレーザメタルフュージョンで金型なしで素早く製造することができます。表示されているデザインとトポロジが最適化されたアクスルキャリアの積層造形に要した時間は5時間でした。

TruPrint 1000で組み立てた歯科製品

義歯床

積層造形が持つ多くのメリットは歯科業界にももたらされています。生体適合材料を使用して、あらゆる複雑な形状を一層毎に極めて精密に記録的な速度で造形することができます。図の義歯床と歯冠は約1,200の層から成り、約3時間で製造されました。

R&D分野での部品

アプリケーション開発またはパラメータ開発では、図示されている造形ジョブが使用されます。ここでは、長い棒が基板プレートから切断された後に引張試験片に加工されます。これを使用して、部品の強度と成形性を検査することができます。切断と研削後、顕微鏡を使用してその他の立方体部品で細かい欠陥の有無を検査します。どちらの場合でも、部品の品質保証が目的です。

アモルファス金属3Dプリント

レーザメタルフュージョンに適した製品

TruPrint 1000
TruPrint 1000

レーザメタルフュージョンによる少量生産または試作品製造を検討されている方は、 金属部品の積層造形用コンパクトマシンTruPrint 1000をぜひご覧ください。

TruPrint 2000
TruPrint 2000

マシンコンセプトが経済的で、卓越したプリント結果が得られるプリンタをお探しの場合は、 TruPrint 2000が最適です。300 Wレーザを2体搭載したフルフィールドマルチレーザを備え、ビーム径が80 µmに設定され、コーティング時間が短い同機では、優れた仕上がりが得られます。(※500 Wレーザを2体のオプションあり)

TruPrint 3000、産業用積層造形向けの柔軟なソリューション
TruPrint 3000

工業生産向けのフレキシブルなLMFソリューションをお探しの方は、 自動化され、部品・パウダー管理が統合されたTruPrint 3000の詳細をぜひご覧ください。

TruPrint 5000
TruPrint 5000

レーザメタルフュージョンによる工業用連続生産で最大限の生産性を目指している方には、 500ワットファイバレーザを3基装備したTruPrint 5000での半自動ビルドプロセスがお勧めです。

TruPrint 5000 Green Edition

TruPrint 5000 Green Editionは、銅など反射性材料の加工にお使いいただける中型の積層造形システムです。この3Dプリンタを使用すれば、大きな部品、誘導コイルや難度の高い冷却用途向けコンポーネントを積層造形する新たな道が切り拓かれます。

お客様向け情報

積層造形ショールーム

TRUMPFのディッツィンゲン拠点にある積層造形ショールームでは、レーザーメタルフュージョンとレーザー肉盛溶接による積層造形を生で見ることができるほか、具体的な業界アプリケーションやお客様のサクセスストーリーを眺めることも、当社のエキスパートから直接アドバイスを受けることもできます。

積層造形システム

積層造形法は金属加工業界の未来を形作る技術です。金属の積層造形における当社製品をぜひご覧ください。

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サンプルパーツをぜひ参考にしてください!

TRUMPFの工作機械とレーザ装置を使用して部品を効率的に製造するためのアイディアをお求めの場合は、ここで業界や材料などの各種パラメーターを基準にしてフィルターして、実際の現場で製造されているサンプルパーツを検索することができます。

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