電子ビーム溶解（EBM）
電子ビーム選択溶融（EBSM） 原理
レーザー選択焼結法に類似しており、選択的レーザー溶融プロセス、電子ビーム選択溶融技術（EBSM）は、高エネルギー高速電子ビームを使用して金属粉末を選択的に照射し、粉末材料を溶融して形成する迅速な製造技術です。
EBSMのプロセス 技術の概要は次のとおりです。まず、粉末拡散面に粉末の層を広げます。次に、コンピュータ制御により、断面プロファイルの情報に基づいて電子ビームが選択的に溶融され、金属粉末が一緒に溶融され、下の成形部品と結合し、部品全体が完全に溶融するまで層ごとに積み重ねられます。最後に余分な粉末が除去され、目的の3次元製品が得られます。上位コンピュータのリアルタイムスキャン信号は、デジタルからアナログへの変換と電力増幅を経て偏向ヨークに送信され、対応する偏向電圧によって生成された磁場の作用で電子ビームを偏向させて選択溶融を実現します。10年以上の研究を経て、電子ビーム電流、集束電流、動作時間、粉末の厚さ、加速電圧、スキャンモードなどのプロセスパラメータが直交実験で実行されていることがわかりました。動作時間は成形に最も大きな影響を与えます。
利点EBSMの
電子ビーム直接金属成形技術は、高エネルギー電子ビームを加工熱源として用います。磁気偏向コイルを操作することで、機械的な慣性なしに走査成形を行うことができます。また、電子ビームの真空環境は、液相焼結または溶融中の金属粉末の酸化を防ぐこともできます。レーザーと比較して、電子ビームはエネルギー利用率が高く、作用深度が大きく、材料吸収率が高く、安定性があり、運用・保守コストが低いという利点があります。EBM技術の利点には、高い成形効率、部品の変形が少ない、成形工程中の金属支持が不要、微細構造がより緻密であることなどがあります。電子ビームの偏向と焦点制御は、より高速で高感度です。レーザーの偏向には振動ミラーが必要であり、レーザーが高速走査する場合、振動ミラーの回転速度は非常に速くなります。レーザー出力を増加させると、ガルバノメータの冷却システムはより複雑になり、重量も大幅に増加します。その結果、高出力走査では、レーザーの走査速度が制限されます。広い成形範囲をスキャンする場合、レーザーの焦点距離を変えることも困難です。電子ビームの偏向と集束は磁場によって行われます。電子ビームの偏向と集束距離は、電気信号の強度と方向を変えることで、迅速かつ高感度に制御できます。電子ビーム偏向集束システムは、金属の蒸発によって妨げられることはありません。レーザーと電子ビームで金属を溶融すると、金属蒸気が成形空間全体に拡散し、金属膜と接触する物体の表面を覆います。電子ビームの偏向と集束はすべて磁場内で行われるため、金属蒸発の影響を受けません。レーザーガルバノメータなどの光学機器は蒸発によって汚染されやすいです。
レーザーミータル 証言録取（LMD）
レーザー金属堆積（LMD）は、1990年代に米国のサンディア国立研究所によって初めて提案され、その後、世界各地で次々と開発されました。多くの大学や研究機関が独自に研究を行っているため、この技術には様々な名称が付けられています。名称は異なりますが、原理は基本的に同じです。成形プロセス中、粉末はノズルを通して作業面に集められ、レーザー光線もこの点に集められ、粉末と光の作用点が一致し、作業台またはノズルを通して移動することで積層されたクラッド実体が得られます。
レンズテクノロジー キロワットクラスのレーザーを使用します。レーザーの焦点スポットが大きいため（通常1mm以上）、冶金的に結合された緻密な金属体を得ることができますが、寸法精度と表面仕上げはあまり良くなく、使用前にさらに機械加工が必要です。レーザークラッディングは複雑な物理的および化学的冶金プロセスであり、クラッディングプロセスのパラメータはクラッド部品の品質に大きな影響を与えます。レーザークラッディングにおけるプロセスパラメータには、主にレーザー出力、スポット径、焦点外れ量、粉末供給速度、スキャン速度、溶融池温度などが含まれ、クラッド部品の希釈率、クラック、表面粗さ、緻密さに大きな影響を与えます。同時に、各パラメータは互いに影響を及ぼし合い、非常に複雑なプロセスです。さまざまな影響要因をクラッディングプロセスの許容範囲内で制御するには、適切な制御方法を採用する必要があります。
直接メタルレーザーSインターing（DMLS）
通常、2つの方法がありますSLS金属部品を製造する方法としては、ポリマーコーティングされた金属粉末を用いた間接法（SLS）と、直接法（DMLS）の2種類があります。1991年にルーヴネのチャトフチ大学で金属粉末の直接レーザー焼結に関する研究が行われて以来、SLSプロセスによる金属粉末の直接焼結で三次元部品を形成することは、ラピッドプロトタイピングの究極の目標の一つとなっています。間接SLS技術と比較して、DMLSプロセスの主な利点は、高価で時間のかかる前処理と後処理のプロセスステップが不要になることです。
特徴 DMLSの
SLS技術の一分野であるDMLS技術は、基本的に同じ原理です。しかし、DMLS技術では複雑な形状の金属部品を正確に成形することが困難です。これは主に、DMLSにおける金属粉末の「球状化」効果と焼結変形によるものです。球状化とは、溶融金属液体の表面形状が、液体金属と周囲の媒体との間の界面張力によって球面に変形する現象であり、溶融金属液体の表面と周囲の媒体の表面で構成されるシステムの自由エネルギーが最小になるようにします。球状化により、金属粉末は溶融後に凝固して連続した滑らかな溶融池を形成できなくなるため、成形された部品は緩く多孔質になり、成形不良につながります。単成分金属粉末は液相焼結段階において比較的高い粘度を示すため、「球状化」効果が特に顕著であり、球径が粉末粒子の直径よりも大きくなることが多く、焼結部品に多数の気孔が発生します。そのため、単成分金属粉末のDMLSには明らかなプロセス欠陥があり、多くの場合、後処理が必要となり、真の意味での「直接焼結」とは言えません。
単成分金属粉末DMLSの「球状化」現象と、それに伴う焼結変形や密度低下などのプロセス欠陥を克服するために、一般的には、融点の異なる多成分金属粉末を使用するか、プレアロイ粉末を使用することで実現できます。多成分金属粉末システムは、一般的に高融点金属、低融点金属、およびいくつかの添加元素で構成されています。高融点金属粉末は骨格金属としてDMLS内で固体コアを保持できます。低融点金属粉末はバインダー金属として使用され、DMLS内で溶融して液相を形成し、生成された液相が固相金属粒子をコーティング、湿潤、結合することで焼結緻密化を実現します。
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寄稿者: サミ
