SLS方式3Dプリンターとは?

SLS方式3Dプリンターとは?

3Dプリンティングとしても知られるアディティブ・マニュファクチャリング(付加製造)の技術は、産業向けのラピッド・プロトタイピング(高速試作)や少量・大量生産に活用できる未来の技術であると考えられています。3Dプリンティングには様々な造形技術があり、目的や材料によって使い分けられています。

今回の記事では、粉末焼結積層造形 - SLS (Selective Laser Sintering) 方式の仕組みや、他の主流の3D造形方式との違いについてご説明します。

 

Sinterit Lisa SLS 3D Printer Heart Model
SinteritSLS方式3Dプリンターで作製した心臓のモデル

 

主流の3D造形方式は?

熱溶解積層法 - FDM (Fused Deposition Modeling) 方式

3Dプリンティングの中で最もよく知られている技術です。フィラメント(材料)を溶かして、テーブルの上に一層ずつ積み重ねてモデルを造形します。FDM方式では、PLAやABSといったプラスチックを主体とした材料が主に使われています。

光造形法 - SLA (Stereolithography) 方式

SLA方式は1970年代に開発された最も古く、長く使用されてきた3Dプリンティング技術です。UVレーザーを使用し、架橋結合させて硬化して造形します。SLA方式で使用できる材料は主にレジン(天然由来または合成樹脂)です。

 

他にも様々な3Dプリンティング技術がありますが、その中でも特に利用可能性が大きい技術が、粉末焼結積層造形 - SLS (Selective Laser Sintering) 方式です。

 

SLS方式3Dプリンターの仕組みは?

SLS方式は、赤外線レーザーを用いて、高温で粉末を焼結します。高温で行うことで、レーザー光線によって結合される前に、粉末の粒子が固まりやすくなります。

一般的なSLS方式3Dプリンターは、「ベッド」と呼ばれるものの上でローラーが粉末の薄い層を広げ、3Dモデルファイル(CADなどの設計ソフトを用いて作成した.stlファイルなど)からスライスした層の情報に基づいて焼結します。 

一層を焼結したらプラットフォームが少し下がり、最後の層を造形するまで同じ工程が繰り返されます。最後の層まで造形されたら、造形したモデルを未焼結の粉末サスペンションから取り出してサンドブラストします。

Sinterit Lisa SLS 3D Printer

SinteritのSLSプリンター「Lisa」の仕組み

 

FDM方式では形状によってサポートが必要であるのに対し、SLS方式は複雑な形状でも粉末の中で留まることができ、サポートなしでモデルを造形することができます。また、動かすことのできる部品も一度で簡単に3DプリントできることもSLS方式の利点の一つです。

 

 

Sinterit Lisa Cake SLS 3D Printer
Sinterit 3Dプリンターの「Cake(ケーキ)」と呼ばれる3Dプリント後の塊 
 

 

 

 

SLS方式3Dプリンターの材料と概要

では、SLS方式3Dプリンターではどのような材料を使えるのでしょうか?

使用できる材料の種類の幅は広く、自動車産業でよく使われる金属粉末から、ポリアミド(例:SinteritのPA12 Smooth(ナイロン12))やポリウレタン系熱可塑性エラストマー(TPU)(例:SinteritのFlexa Black)まで様々です。応用方法に合わせて粉末を使用することができ、造形するパーツに求める機械特性を満たすことができます。

 

 

また、SLS方式は、未焼結の粉末を次の造形時に再利用できるため、無駄の出ない技術です。粉末を再利用する上で重要なのは、使用した粉末と新しい粉末の比率です。造形の品質を保つためには、追加する新しい粉末の量が鍵となります。理論上では、少量の新しい粉末を入れるだけで、同じ粉末を何度も使うことができます。しかし、粉末によってはすぐに酸化してしまうため、造形の品質を保つには窒素や酸素などの中性雰囲気ガスが必要となります。そのため、Sinteritの3DプリンターLisa Proには、窒素の取り入れ口が設けられています。

 

様々な材料から作製した3Dプリントパーツ:

Sinterit Lisa  Sinterit Lisa
左:ジャバラ(TPE)、右:耳のモデル(TPU)
Sinterit Lisa Sinterit Lisa
左:Raspberry Piのケース(PA11 Onyx)、右:ディレーラー(PA12 Smooth)
Sinterit Lisa sinterit lisa
左:材料 Flexa Soft、右:材料 TPU
Sinterit lisa tpu 
左:材料 TPU

 

SLS方式3Dプリンターには主に2種類あります:工業用大型と卓上型です。この2種類の主な違いは、工程がどれだけ自動化されているかや、コスト、造形サイズ、使用できる材料の種類数です。

工業用の大型なSLS方式3Dプリンターは非常に高額(数千万円ほど)である一方、卓上型はより低価で、SinteritのLisa Proであれば数百万円です。

また、卓上型は、学術的な研究や、ラピッド・プロトタイピング(高速試作)、少量生産に向いています。

 

今後、導電性や耐熱性、撥水性など、より優れた特性を持つ新しい材料が使えるようになれば、SLS方式3Dプリンターの可能性はさらに広がることでしょう。アディティブ・マニュファクチャリング(付加製造、3Dプリンティング)は間違いなく未来を超える生産技術といえます。

 

 

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