3D金属プリンティング､レーザやEBの代わりにLED

May, 12, 2020, Graz--グラーツ工科大学(Graz University of Technology)で開発された技術は、金属部品の積層造形のためにレーザ光の代わりにLEDを使い、構築時間、金属粉体消費、装置コスト、後加工に関して3D金属プリンティングを最適化する。

選択LEDベース溶融(SLEDM)、高出力LED光源を使い金属粉体を標的溶融する加工は新技術。TU Grazの研究所長(Institute of Production Engineering)、Franz Haasのチームが3D金属プリンティング向けに開発し、現在、特許申請中。その技術は、金属粉体が､レーザ､電子ビームで溶融され､層ごとにコンポーネントを形成する､選択レーザ溶融(SLM)や電子ビーム溶融(EBM)と同じである｡しかし､SLEDMは､これら粉体床製造プロセスの2つの問題を解決する｡大型金属コンポーネント製造で時間がかかること､手動後加工に時間がかかること｡

製造時間削減
SLMやEBMプロセスと違い､SLEDMプロセスは､高出力LEDビームを使って金属粉体を溶融する｡この目的で使用されるLEDsは､西シュタイアーマルク州(Styrian)照明スペシャリストPreworksにより特別に採用され､複雑なレンズ系を装備している｡それによりLED焦点径は､溶融プロセス中に0.05 ～ 20 ㎜の間で簡単に変更できる｡結果的に､単位時間あたりに大きな体積の溶融が可能になり､フィルグリー内部構造で分注する必要がなくなる｡したがって､例えば燃料電池､医療技術向けのコンポーネントの製造時間が､平均20倍短縮される｡

退屈な後加工不要
この技術は新設計の製造プラントと統合される｡ここでは､他の溶融プラントと対照的に､上から下までコンポーネントを足していく｡コンポーネントは､こうしてむき出しになり､必要な粉体量は最小限に減り､必要な後加工を､プリンティングプロセス中に実行することができる｡｢時間のかかる､現在の方法で必要とされる通常の手動再加工､例えば､表面粗さを滑らかにする､支持構造の除去などは､もはや不要になり､貴重な時間をさらに節約する｣とHaasは説明している｡

アプリケーション分野とさらなる計画
　SLEDMプロセスのデモンストレータは､K-Project CAMed of the Medicalですでに検討されている｡ここでは､2019年10月に初の医療3DプリンティングLabが開設された｡生体吸収性金属インプラントを造るためにそのプロセスを使う｡例えば､マグネシウム合金でできた望ましいスクリューは､骨折に使える｡これらのインプラントは､骨折部位が結合した後に身体に溶け込む｡非常にストレスが多い2度目の手術は､もはや必要でない｡SLEDMの利用により､そのようなインプラントの作製は､手術室で直接可能になる｡｢LED光は､強力なレーザ光源と比べると､手術には､当然、危険は少ない｣とHaasは話している｡

第2の焦点は､持続可能モビリティである｡つまり､燃料電池用のバイポーラプレート､バッテリシステム向け部品などのコンポーネント製造である｡｢SLEDMを使い､われわれは積層造形を採算がとれるものにしたい､またSLEDMをこの研究分野の初期段階に位置づけている｣とHaasはコメントしている｡同氏は､次の開発段階で､この3D金属プリンタの素晴らしいプロトタイプを作製する予定である｡
(詳細は､https://www.tugraz.at)