COLUMN技術コラム

[No.9] タイプ別 金属3Dプリントのメルトプール

2018.05.15

3Dプリント 金属造形

金属3Dプリントでは、パウダーベッドフュージョン(PBF)タイプという、
1層ずつ粉末を敷いて、レーザーや電子ビームを当てて溶かしていく方式と、
ダイレクトエネルギーデポジション(DED)タイプという、粉末を吹き付けて
レーザーやアークで溶かしながら積み上げていく方式の2つが主流です。

この2つの方式は、メルトプールに関わる重要なパラメータである、スキャン速度が大きく異なります。
たとえば、レーザーを使うPBFタイプでは1m/sといった速度ですが、DEDタイプは速度が10㎜/s程度となっています。
この違いにより、適正なメルトプールの形状も異なってきます。

DEDタイプでは、溶接と同様にキーホールモードでのメルトプールになります。
これは、メルトプール内に金属の蒸発によって発生したくぼみ(キーホール)ができ、その内部でレーザーなどが反射して、見かけ上材料のエネルギー吸収効率が上がり、効率の良い溶接が可能になるためです。

一方、PBFタイプでは、キーホールモードが使われることはありません。
これは、スキャン速度が速いので、くぼみの内部のガスが抜けきらず、空孔として残ってしまうことが多いためです。
そのためPBFタイプでは、メルトプール内にくぼみを持たない熱伝導型のメルトプールが使われます。

タイプ別 金属3Dプリントのメルトプールのイメージ Fig.1 メルトプールのタイプ

熱伝導モードでの造形は、アルミニウムなどの熱伝導が高い材料では、周辺に熱が逃げて温度が上がりにくかったり、
温度が上がってもすぐに冷却されたりすることで、造形が難しくなる傾向があります。
しかし、高温にしようとレーザー出力を上げていくと、キーホールが発生して製品に空孔が残ったりするので、
注意深くパラメータを調整することが大切です。

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