3Dプリンター用金属フィラメントの理解
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- 3Dプリンター用金属フィラメントの理解
- 金属フィラメントとは？
- 金属フィラメントプリンティング時の注意点
- 金属フィラメント3Dプリント部品の機械的特性
3Dプリンター用金属フィラメントの理解
金属フィラメントは、金属3Dプリンティングの利用範囲を広げました。従来の金属3Dプリンティング手法（金属パウダーベッド融合やレーザー焼結など）と比較して、金属フィラメントプリンティング技術は経済的（コストを60～90％削減）であるだけでなく、金属粉末に伴う安全リスクも回避し、同様の設計自由度と部品品質を提供します。本記事では、金属フィラメントの特徴・機能およびプリンティング時の注意点をご紹介します。
出典： https://www.raise3d.com/news/raise3d-launches-metalfuse-a-3d-printing-full-in-house-solution-using-ultrafuse-metal-filaments-from-basf-forward-am-which-allows-small-batch-production-of-metal-parts-with-full-design-freed/
金属フィラメントとは？
金属フィラメントは、単なる金属調や装飾用の素材ではありません。これは複合フィラメントであり、金属微粒子をプラスチックに均一に分散・含有させ、高い金属含有率を実現した材料です。この複合素材は強度の高い金属部品と耐化学性を両立し、従来のプラスチックフィラメントとは異なり、金属フィラメントで造形した部品は、完成した金属部品にするために2～3段階の後処理が必要です。
金属フィラメントプリンティング時の注意点
金属フィラメント3Dプリンティング技術は金属部品製造に大きな設計自由度をもたらしますが、造形精度や後処理など独自の課題も伴います。プリンティング時に特に注意すべき点を以下に示します。
モデル設計
金属フィラメントでは、設計に一定の比率・構造要件があります。MakerBotの推奨によれば、モデルの縦横比を3:1以下、壁の縦横比を6:1以内に抑え、デバインディング・焼結時の崩れや変形を防ぎます。また、デバインディング・焼結時の部品安定性を確保するため、できるだけ多くのサポート構造を追加する必要があります。
部品収縮
金属フィラメント部品の後処理では、プラスチック成分が除去され金属粒子が圧縮されるため、造形寸法精度に影響が出ることがあります。これを補償するため、CADモデルで部品寸法を適切にスケーリングしたり、スライスソフトが既知の収縮率に基づき自動補正したりします。
特殊な後処理
金属フィラメントを3Dプリントしても、造形直後に強度があり使用可能な金属部品が得られるわけではありません。造形後の部品は「グリーンパーツ」と呼ばれ、焼結前は非常に脆く金属特性を持ちません。強度の高い金属部品を得るためには後処理が必要で、一般的な工程は以下の通りです。
デバインディング：熱や溶剤によりポリマー・バインダ成分を除去し、部品内部に空隙構造を作ります。この工程は焼結成功の鍵です。
焼結：デバインディング済み部品を焼結炉で金属の融点近くまで加熱し、金属粒子を融合・緻密化して金属部品にします。
後処理工程は一般に複雑であるため、多くのメーカーが専用のデバインディング機・焼結炉を用意し、ユーザーの後処理を支援しています。該当設備を持たない場合は、3Dプリンティングサプライヤーのプロフェッショナルな後処理サービスを利用できます。
金属フィラメント3Dプリント部品の機械的特性
金属フィラメント3Dプリント部品は、強度・耐食性・耐熱性に優れた機械的特性を示し、標準的なデスクトップFDM 3Dプリントに用いられるほとんどのプラスチックを上回る強度を持ちます。低コスト・小ロット生産や非クリティカル部品の製造に最適で、耐食性と靭性が要求される金属ノズル、ギア、バルブなどに適しています。ただし極端な応力が加わる用途には不向きな場合もあり、高強度・高負荷部品では従来の金属加工（CNC加工など）が有利なこともあります。
適切な設計・プリント設定の調整・合理的な後処理により、手頃なFDMプリンターから高品質な金属部品を得ることが可能です。技術の進歩と材料の最適化が続くことで、金属フィラメント3Dプリンティングはさらに多くの応用分野で広く活用されるようになるでしょう。 JLC3DPでは金属3DプリンティングおよびCNC加工サービスを提供しており、高精度金属部品を製造し、プロフェッショナルな後処理サービスですべての製品を完璧な品質に仕上げます。
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