粉末焼結方式
粉末焼結方式は、平らに敷き詰めた粉末に対して、レーザービームや電子ビームを照射することで、断面形状を溶融・結合させる方式です。このページでは、粉末焼結方式の特徴や仕組みについて詳しく解説します。
粉末焼結方式の基本情報をまとめました。
| ISO規格の名称 | 粉末床溶融結合法 |
|---|---|
| 別名 | SLS,DMLS |
| プリンター価格 | 高い |
| 印刷精度 | 良い |
粉末焼結方式では、以下の流れで立体物を造形しています。
素材となる粉末が保管されたタンクと、実際に印刷が行われるステージ
3Dプリンターにおいて、造形物が印刷される土台のこと。プラットフォームやテーブルともいう。が、同一平面上に左右で並んでいます。
平面に沿って設置されたワイパー状の機構によって、タンクに保管された粉末が、印刷が行われるステージ3Dプリンターにおいて、造形物が印刷される土台のこと。プラットフォームやテーブルともいう。へと平行移動され、薄い層を形成します。
メンバー制作
▲ワイパーの軌道
撮影場所：3Dソリューションセンター
▲実際のワイパー
ステージ3Dプリンターにおいて、造形物が印刷される土台のこと。プラットフォームやテーブルともいう。にセットされた層状の粉末に、レーザービームや電子ビームを照射することで、粉末同士を溶融・結合させ、断面を形成します。
メンバー制作
▲粉末焼結方式の仕組み
撮影場所：3Dソリューションセンター
▲レーザーを照射する穴
結合された断面は、周りの粉末と共に一層分下降し、その上に新たな粉末が層状に補給されます。そして再びレーザービームや電子ビームを照射することで、粉末を溶融・結合します。
この工程を繰り返し、断面を積み重ねていくことで、立体が造形されていきます。
撮影場所：3Dソリューションセンター
▲実際の印刷物
ちなみに、結合されず余った粉末が印刷物下部に溜まるため、わざわざサポート材
造形中、押し出されたフィラメントが浮遊するのを防ぐため、中空部分(オーバーハング)とステージの間に印刷する支柱。を印刷する必要がありません。
以上、粉末焼結方式の仕組みでした。
粉末焼結方式と粉末固着方式
インクジェット方式に分類されることもあり、敷き詰められた粉末材料の上にヘッドから接着剤(バインダー)を吐出し、固めていく方式のこと。では、印刷完了時に焼結されなかった粉末が造形物の周りを囲んでいるため、取り出してクリーニングする必要があります。
まず、造形物を「粉末除去・再利用ユニット
粉末焼結方式や粉末固着方式の3Dプリンターにおいて、印刷完了後、付着した余分な粉末を除去＆再利用する装置のこと。」へ運ぶため、周りの粉末と共に立方体のケースへ移します。
撮影場所：3Dソリューションセンター
▲造形物を運ぶケース
ステージ3Dプリンターにおいて、造形物が印刷される土台のこと。プラットフォームやテーブルともいう。上部にケースを設置すると、プリンターが、造形物＆周りの粉末をケース内に押し出してくれます。
「粉末除去・再利用ユニット粉末焼結方式や粉末固着方式の3Dプリンターにおいて、印刷完了後、付着した余分な粉末を除去＆再利用する装置のこと。」への移動が完了したら、ケース内から造形物を取り出し、刷毛やエアブローで、付着した余分な粉末を落とします。
造形物を取り囲んでいた余分な粉末は、次回の造形のために再利用(リサイクル)することが出来ます。「粉末除去・再利用ユニット粉末焼結方式や粉末固着方式の3Dプリンターにおいて、印刷完了後、付着した余分な粉末を除去＆再利用する装置のこと。」内の機構や、吸引機に特殊な装置を取り付けることで、使用できる粉末を分離します。
提供：3Dソリューションセンター
▲吸引機に取り付ける装置
ちなみにこのときのリサイクルできる粉末の割合をリサイクル率
粉末焼結方式や粉末固着方式の3Dプリンターにおいて、硬化されず余った粉末が、次回の印刷にどの程度使用できるかを表した割合。と呼び、粉末焼結方式のプリンターを選ぶうえで1つの指標となります。60~80%が一般的です。
粉末焼結方式の特徴を紹介します。
結合されなかった粉末が、印刷物下部に溜まるため、わざわざサポート材造形中、押し出されたフィラメントが浮遊するのを防ぐため、中空部分(オーバーハング)とステージの間に印刷する支柱。を印刷する必要がありません。そのため、より複雑で高精度な造形物を印刷できます。
素材にはナイロン石油を原料とした合成繊維の一種。耐久性・耐熱性に優れ、主に粉末焼結方式の印刷素材として用いられる。ナイロン6・ナイロン11・ナイロン12など、様々な種類がある。を用いるのが一般的ですが、機種によっては金属を取り扱うことも出来ます。
撮影場所：3Dソリューションセンター
▲粉末焼結方式で印刷された金属器具
一般的に用いられるナイロン石油を原料とした合成繊維の一種。耐久性・耐熱性に優れ、主に粉末焼結方式の印刷素材として用いられる。ナイロン6・ナイロン11・ナイロン12など、様々な種類がある。は、耐久性に優れており、非常に丈夫な造形物を印刷することが出来ます。
値段が1000万円を超えるものが多く、個人で購入するには高価な印象です。企業用・団体用と考えて問題ないでしょう。
粉末を契機とした粉塵爆発を避けるため、別途で窒素発生装置
その名の通り、窒素を発生する装置のこと。粉末焼結方式の3Dプリンターでは、粉塵爆発を避けるため、プリンター内に窒素を充満させる。
を用意し、プリンター内に充填させる必要があります。また、造形物に付着した粉末を処理する装置(粉末除去・再利用ユニット粉末焼結方式や粉末固着方式の3Dプリンターにおいて、印刷完了後、付着した余分な粉末を除去＆再利用する装置のこと。)や、集塵機
空気中の塵を集める装置のこと。も別途必要です。こういった点から、粉末焼結方式では環境の整備が導入の壁となっています。
提供：3Dソリューションセンター
窒素発生装置
撮影場所：3Dソリューションセンター
集塵機
粉末を結合させて造形するため、表面が粉状にザラザラになり、滑らかな質感を再現するには、別途加工が必要です。
粉末焼結方式の3Dプリンターは、値段が1000万円を超えるものが多く、家庭用としては高価な印象です。
一方で、強度が強く、金属を印刷できる機種もあることから、工業用として、最終製品試作品やサンプルではなく、実際に消費者に販売される製品のこと。機能性・耐久性が求められる。製造のための利用が期待されます。
以上、粉末焼結方式の特徴でした。
粉末焼結方式のプリンターや、それらの印刷物の写真を紹介します。
粉末焼結方式の3Dプリンター
提供：3Dソリューションセンター
プリンター内部の様子
撮影場所：3Dソリューションセンター
ワイパー状の機構
撮影場所：3Dソリューションセンター
レーザーを照射する穴
撮影場所：3Dソリューションセンター
粉末焼結方式の印刷物
撮影場所：3Dソリューションセンター
粉末(粉末固着方式用)
撮影場所：3Dソリューションセンター
造形物を運ぶケース
撮影場所：3Dソリューションセンター
粉末除去・再利用ユニット
撮影場所：3Dソリューションセンター
粉末除去・再利用ユニット内の機構
撮影場所：3Dソリューションセンター
吸引機に取り付ける装置
提供：3Dソリューションセンター
粉末焼結方式で印刷された金属器具
撮影場所：3Dソリューションセンター
窒素発生装置
提供：3Dソリューションセンター
集塵機
撮影場所：3Dソリューションセンター
