金属3Dプリンティングでよく使われる材料：316Lステンレス鋼

代表的なオーステナイト系ステンレス鋼として、316Lステンレス鋼はその優れた耐食性、強度、耐久性で知られ、3Dプリンティング分野における重要な材料となっています。316Lステンレス鋼は複雑な構造の様々な部品をプリントするのに使用でき、航空宇宙、医療機器、石油化学などの産業で広く使用されています。特にバイオメディカル分野では、優れた生体適合性と耐食性により、股関節や歯科補綴物などの人体インプラントをプリントするのに使用されます。この記事では、316Lステンレス鋼の材料上の利点、3Dプリンティングに使用される方法、および産業応用について説明します。

出典:https://am-material.com/industry-news/preparation-and-application-of-316l-stainless-steel-powder/

3Dプリンティング材料としての316Lステンレス鋼の利点

1. 耐食性：316Lステンレス鋼は海水、有機酸、アルカリ、塩類、および多くの無機化合物に対して特に高い耐食性を持ち、これによりプリントされた製品が様々な過酷な環境で良好な使用寿命を維持できるようにします。

2. 高強度と耐熱性：3Dプリンティング後も、316Lステンレス鋼は全体として高強度と硬度を維持でき、良好な高温強度とクリープ強度を持つため、高温環境での使用に適しています。

3. 生体適合性：316Lステンレス鋼は人体に長期間埋め込まれても明らかな拒絶反応を引き起こさず、アレルギーを起こしにくいため、医療インプラント分野で広く使用されています。

4. 優れたプリンティング性能：316Lステンレス鋼粉末は溶融しやすく、冷却・凝固後の微細構造が均一で緻密であるため、3Dプリント部品の機械的特性と寸法精度を確保するのに有利です。

5. 環境に優しい：316Lステンレス鋼は製造時と使用時に廃棄物が少なく、持続可能な発展を追求する現代産業の理念に合致しています。

316Lステンレス鋼の3Dプリンティング産業応用

1. 航空宇宙

316Lステンレス鋼は航空宇宙分野で中空ブラケット、グリッドフレーム、燃焼室パイプなどの軽量かつ複雑な部品の製造に使用できます。これらの部品は優れた耐食性と高強度が必要なだけでなく、極端な温度と高圧環境に耐える必要があります。

2. 自動車製造

自動車製造分野では、316Lステンレス鋼は高強度と耐食性により、ターボチャージャーハウジング、排気システム部品、ブレーキ部品などの複雑な部品をプリントするのに使用されます。

3. 医療機器

医療産業では、316Lステンレス鋼はインプラントや外科手術器具の製造に広く使用されています。その優れた生体適合性と耐食性は、骨プレート、骨ネジ、股関節などのカスタマイズされたインプラントの理想的な選択肢となっています。

4. 産業分野

産業分野では、316Lステンレス鋼は高精度金型や化学装置のプリントに使用されます。例えば、射出成形金型やダイカスト金型は、3Dプリンティング技術を通じて複雑な冷却チャネルを設計でき、これにより生産効率を向上させ、金型寿命を延ばすことができます。さらに、その優れた耐食性は、過酷な化学環境での耐久性のあるパイプ、バルブ、反応器コンポーネントの製造に非常に適しています。

3Dプリンティング金属製造プロセス

1. 選択的レーザー溶融（SLM）

選択的レーザー溶融（SLM）は最も一般的な金属3Dプリンティング技術で、金属3Dプリンター市場の約80%を占め、316Lステンレス鋼にとっても一般的なプリンティング方法です。この技術はレーザーをエネルギー源として使用し、スライスモデルで計画されたパスに従って金属粉末ベッドを層ごとに走査します。走査された金属粉末は溶融・凝固され、最終的にモデルで設計された金属部品が得られます。SLM 3Dプリンティング技術は、ほぼ完全に緻密で良好な機械的特性を持つ金属部品を直接形成できます。その中で、鋼および鋼合金はSLM 3Dプリンティングマシンで最も人気のある材料であり、ビジネスで広く使用されています。

2. Binder Jetting

バインダージェッティングは粉末ベッドに基づく別の3Dプリンティング技術です。違いはレーザーで溶融しないことですが、インクジェットプリントヘッドを使用してバインダーを粉末に噴射し、選択された領域で粉末を結合させ、層を重ねて目的の物体を製造します。バインダージェッティングは、金属3Dプリンティング技術における大規模生産で最も有望な方法と考えられています。さらに、金属バインダージェット部品の材料特性は、従来の金属インジェクション molding（MIM）で製造された部品と似ています。

3. Fused Deposition Modeling (FDM)

FDMプリンターはプラスチックフィラメントで一般的です。金属プリンティングでは、FDM 3Dプリンティングはステンレス鋼粉末注入フィラメントと組み合わされ、通常約80%の金属と20%のプラスチック混合物で構成されています。プリンティング完了後、プラスチックを除去して金属インジェクション moldingに類似した金属部品を得るために後処理が必要ですが、これにより部品の体積が最大3分の1まで損失する可能性があります。ワイヤーはFDMプリンティングの唯一の材料オプションではありません。ステンレス鋼粒子と金属ポリマーコンポジットを組み合わせ、まずプロトタイプモデルをプリントし、その後脱脂と焼結プロセスを通じて最終的な緻密なステンレス鋼金属部品を製造します。

4. Combined metal deposition

結合金属堆積技術はFDMに似ています。金属ワイヤー材料を使用し、誘導などの方法でワイヤーを溶融させ、静電力または磁場の作用の下でノズル上の液滴の表面張力を制御し、金属液滴を造形プラットフォームに堆積させます。この技術は従来の金属インジェクション molding（MIM）技術に近いです。さらに、バインダーを除去し、炉で熱処理を行って最終的に焼結するための後処理が必要です。この技術は主に鋼製プロトタイプ部品の製造に使用されます。典型的な応用には、成形工具、プレス金型、ノズル、インペラー、治具、熱交換器が含まれます。

5. Powder bed electron beam melting (EBM)

電子ビーム溶融（EBM）は別の粉末ベッド溶融技術です。その作動原理は選択的レーザー溶融（SLM）に似ていますが、レーザーの代わりにエネルギー源としてより高温の電子ビームを使用する点が異なります。リコーターは造形プラットフォームに粉末の層を塗布し、その後電子ビームが粉末の各断面を選択的に溶融します。各層が完了するたびにプリントプラットフォームプレートが下降し、層が積み重なって物体を形成します。EBMはSLMよりもはるかに高速ですが、製造された部品の表面平滑性と精度はSLMほど良くありません。さらに、EBMプロセスは真空チャンバー内で行われ、欠陥の原因となる可能性のある材料不純物を低減します。

3Dプリンティング技術の成熟度が高まるにつれ、316Lステンレス鋼の応用シナリオはさらに拡大し、様々な産業に対してより効率的で精密かつ革新的なソリューションを提供します。プロフェッショナルな316Lステンレス鋼3Dプリンティングサービスをお探しの場合、JLC3DPがサポートし、設計から高性能部品製造までのワンストップソリューションを実現するお手伝いをします。