SLS金属粉末：特性、用途、サプライヤー

選択的レーザー焼結（SLS）は、レーザーを使ってプラスチック、金属、セラミック、ガラス粉末の小粒子を融合させ、3D物体にする積層造形技術である。 SLS金属粉末 このプロセスで複雑な形状を持つ高品質の金属部品を製造するには、適切な特性を持つことが重要である。

SLS金属粉末の概要

SLS金属粉末とは、金属部品やプロトタイプを製造するための選択的レーザー焼結3Dプリンターでの使用に最適化された金属粉末を指します。最も一般的に使用されるSLS金属粉末は以下の通りです：

SLS金属粉末の種類

タイプ	構成	主な特徴
ステンレス	Fe、Cr、Ni合金	耐食性、高強度
工具鋼	Fe、Cr、Mo合金	高硬度、熱処理可能
合金鋼	Fe、Cr、Ni合金	熱処理可能、機械加工可能
コバルトクロム	Co、Cr合金	生体適合性、耐摩耗性/耐腐食性
チタンと合金	Ti、Al、V合金	軽量、生体適合性、強度
インコネル	Ni、Cr合金	耐熱性/耐食性
アルミニウム合金	Al、Cu、Mg合金	軽量で丈夫

これらの金属粉末は、高密度SLS部品を精度、精密さ、所望の機械的特性で製造するために、流動性、粒子形状、粒度分布などの特性を調整する必要があります。

SLS金属粉末の主要特性

パラメータ	説明	必要条件
サイズ範囲	粉体粒子寸法	一般的な10～45ミクロン
サイズ分布	パウダーサイズ	ほとんどが球形で、衛星も認められる
形態学	粉体粒子形状	球面が最適、衛星は欠陥の原因となる
流量	粉体の流動性	ホール流量計から35～40秒/50g
見かけ密度	粉体充填密度	約60%の真密度
真密度	材料密度	組成により異なる
表面積	単位質量当たりの粒子表面積	酸化を抑えるには低い方が良い
残留ガスと水分	粉末に含まれる不純物	高品質部品のために最小化

SLS金属粉末の特性

特徴	SLSプロセスにおける役割
粒子形状と表面テクスチャー	新しい層への粉末の流入、レーザー吸収、反射率に影響する。
粒度分布	パッキング密度、メルトプールダイナミクス、拡散性に影響
フロー特性	均一な展延性、層の均一性
見かけ密度	粒子間の間隔を制御し、エネルギー投入を必要とする
真密度	最終的な最大到達部品密度を決定
合金添加物	強度、硬度などの特定の材料特性を可能にします。

の応用 SLS金属粉末

SLS金属粉末は、フル密度の機能的金属部品の印刷を可能にし、以下のような産業におけるプロトタイピング、ツーリング、小ロット生産のニーズに応える：

SLS印刷金属部品の産業用途

産業	アプリケーション	一般的な使用材料
航空宇宙	タービンブレード、エンジン/構造部品	ステンレス鋼、超合金、チタン合金
自動車	試作部品、カスタム金型	ステンレス鋼、工具鋼、アルミニウム合金
医療用インプラント	患者固有のインプラント、ガイド	コバルトクロム、チタン合金、ステンレス鋼
インダストリアル	精密工具、ロボットグリッパー	ステンレス鋼、工具鋼
ジュエリー	リング、チェーン、特注品	金合金、銀などの貴金属

従来の製造ルートに比べてユニークな利点もある：

金属部品製造におけるSLSの利点

ベネフィット	説明
ジオメトリーの自由度	サブトラクティブ／キャスティング法とは異なり、部品形状の制約がない。
迅速なターンアラウンド	CADデータからの高速印刷
軽量化	格子構造で30%以上の軽量化
パート統合	一体印刷されたアセンブリがジョイントに取って代わる
マス・カスタマイゼーション	患者固有の医療機器
ハイブリッド構造	金属とポリマーのマルチマテリアル部品が可能

業界全体で一般的なSLSプリント金属部品の用途：

SLS印刷金属部品の代表的な用途

申し込み	例	使用材料
機能的プロトタイプ	エンジン部品、インプラント	合金鋼、チタン合金
ツール	ドリルガイド、固定具、治具	ステンレス鋼
金型	射出成形金型	H13などの工具鋼
シリーズ制作	航空宇宙/医療部品	TiおよびNi合金、CoCr
軽量構造	格子パネル、ブレース	Al合金、Ti合金

SLS金属粉末の仕様

EOS、3Dシステムズ、レニショーなどのSLSシステムメーカーは、それぞれのプリンターモデルに合わせたSLS金属粉末の仕様を提供しています。一般的な金属粉末とサイズには次のようなものがあります：

SLS 金属粉末の種類とサイズ範囲

素材	パウダーの種類	粒子径範囲
ステンレス	316L、17-4PH、303、410	15-45ミクロン
マレージング鋼	MS1、18Ni300、18Ni350	15-45ミクロン
コバルトクロム	CoCr、CoCrMo	15-45ミクロン
アルミニウム合金	AlSi10Mg, AlSi12	15-45ミクロン
チタン合金	Ti6Al4V グレード 5	15-45ミクロン
ニッケル合金	インコネル718、インコネル625	15-45ミクロン

標準化団体は、AMプロセスで使用されるさまざまな金属粉末グレードの分類を定義している：

ISO/ASTM規格に準拠した金属粉末グレード

スタンダード	グレード	説明
ISO 17296-2	PA1〜PA6	P1からP6まで、不純物に関する要求がますます厳しくなる。
ISO 17296-3	PM1～PM4	PM1～PM4までの粒子形状、粒子径パラメータを定義
ASTM F3049	クラス1からクラス4まで	組成範囲の許容限度を1から4まで規定
ASTM F3056	タイプ1からタイプ3まで	統計的なサイズ分布のパラメータを1から3まで定義する。

これらの等級制度は、基準となる品質レベルを設定し、バイヤーの調達に役立つ。高純度PA5グレードのパウダーは、コンタミネーションを最小限に抑えることができる。同様に、クラス4は化学的管理が厳しく、ばらつきを抑えます。

SLS金属パウダー サプライヤー

様々なベンダーが、すぐに使えるSLSパウダーを世界中に供給している。代表的なグローバルサプライヤーは以下の通りです：

主要SLS金属粉末サプライヤー

サプライヤー	提供資料	対象地域
サンドビック	ステンレス鋼, Ni合金, CoCr, 工具鋼, アルミニウム合金	ヨーロッパ、アジア
プラクセア	Ti合金、Ni合金、ステンレス鋼、工具鋼	北米
LPWテクノロジー	ステンレス鋼、アルミニウム合金、CoCr	イギリス、ヨーロッパ
カーペンター添加剤	ステンレス鋼、CoCr、Cu、アルミニウム合金	グローバル
ホーガナス	ステンレス鋼、工具鋼	ヨーロッパ、アジア

通常の最小供給量は、材料グレードごとに10kg前後であるが、OEMバイヤー向けの大量契約も存在する。包装オプションは、真空密封缶から、1個700gから1kgのパウダーを収納できるSLSマシン専用カートリッジまで幅広い。

SLS金属粉末の包装タイプ

タイプ	ボリューム・レンジ	特徴
真空缶	500g～20kgバッチ	賞味期限1年
プリンターカートリッジ	700～1000gバッチ	ハンドリング被曝の最小化
素材タワー	700～1200gカートリッジ	プリンターへの自動供給

少量の一般的な材料の価格帯は以下の通り：

SLS印刷用金属粉末のコスト範囲

素材	少量価格帯
ステンレス 316L	$60〜$100/kg
アルミニウム AlSi10Mg	1kgあたり$80-$130
マレージング鋼	kgあたり$90-$140
チタン Ti6Al4V	$200〜$350/kg
コバルトクロム	$300〜$500/kg
貴金属	$3000+/kg

SLS金属粉末材料の比較

SLS印刷にはさまざまな金属合金が使用され、それぞれに特性とトレードオフがある：

SLS金属粉末材料の比較

パラメータ	ステンレス鋼	工具鋼	チタン合金	ニッケル合金	コバルト・クローム	アルミニウム合金
密度	ミディアム	より高い	より低い	高い	高い	最低
強さ	ミディアム	最高	ミディアム-ハイ	ミディアム-ハイ	ミディアム	ミディアム
硬度	より低い	非常に高い	ミディアム	ミディアム	より高い	ロー・ミディアム
耐食性	素晴らしい	ミディアム	素晴らしい	素晴らしい	素晴らしい	ミディアム-グッド
生体適合性	グッド	限定	素晴らしい	限定	素晴らしい	グッド
耐熱性	ミディアム	ミディアム-ハイ	ミディアム	非常に高い	非常に高い	より低い
コスト	最低	ミディアム	高い	非常に高い	高い	低い

ステンレス鋼はコストを考慮した場合、最高の組み合わせ特性を提供し、工具鋼は極めて高い硬度を提供することがわかる。チタンは低密度で生体適合性と強度をもたらす。インコネルやCoCrのような超合金は、熱安定性と生体適合性を提供する。アルミニウム合金は、最も費用対効果の高い軽量の選択肢です。

一般的なSLS金属粉末の長所と短所

素材	メリット	デメリット
ステンレス鋼	コストパフォーマンスが高く、機械加工が容易	硬度と強度が低い
工具鋼	非常に硬く、熱処理が可能	耐食性、生体適合性が低い
チタン合金	丈夫で軽量、バイオフレンドリー	高価、酸素雰囲気中で燃焼する可能性がある
ニッケル合金	優れた耐熱性/耐食性	重い、有毒、非常に高価
コバルトクロム	生体適合性、耐食性	重い、中コスト
アルミニウム合金	軽量、優れた強度	低融点、硬度

お客様のSLS金属粉末選択基準

選考基準	主な質問
機械的特性	目標用途の強度、耐摩耗性、その他の機械的仕様を満たしているか？
材料費	希望する金属粉末の種類は、アプリケーションの予算に合っていますか？
後処理	熱間静水圧プレスや熱処理などの二次加工は必要ですか？
生産量	生産SLS印刷では目標量が多すぎる？
部品サイズ寸法	プリンターの最大造形量は、最大の部品形状に対して十分ですか？
解像度、表面仕上げ	SLSプロセスは、微細なディテールと表面品質の要求を達成できるか？
配送リードタイム	サプライヤーのリードタイムは、生産スケジュールを考慮した上で許容できるか？

最終部品の用途は、性能ニーズと経済性のバランスを考慮した最適な材料選択の指針となる。

SLS金属印刷プロセスの概要

SLS 3Dプリンティングを理解することで、粉末の特性が部品の品質にどのように影響するかを理解することができます：

SLS 3Dプリントのプロセス段階

ステージ	説明
3Dモデリング	CADソフトウェアが、印刷する部品のソリッド／メッシュモデルを作成する。
スライシング	モデルをレイヤーにデジタルスライスし、プリンターファイルを作成する。
粉散布	ローラーやブレードでパウダーを薄く延ばす
レーザースキャン	CO2レーザーがパウダーベッド上を走査し、粒子を溶融させる
下降プラットフォーム	ビルド・プラットフォームが1層分低くなる（～50ミクロン）
スプレッディング／メルティングを繰り返す	完全なオブジェクトがレイヤーごとに構築されるまで、ステップを繰り返す。
後処理	余分なパウダーを除去し、最終的な処理を施して部品を仕上げる。

パウダー特性が印刷結果に与える影響

パウダー・プロパティ	印刷品質への影響
パウダー形状	流動性の良い球状粒子により、欠陥のない均一な層が形成される。
粒子径範囲	粉体が細かすぎると流動性が悪くなり、大きすぎると解像度が悪くなる
サイズ分布	分布が広すぎると、分離したり、融解にばらつきが生じたりする。
見かけ密度	密度が高いほど、焼結後の部品密度が高くなる
真密度	達成可能な部品密度に上限を設ける
表面の質感	粗い粒子はガスを閉じ込めたり、粉体の流れを妨げたりします。

いくつかのパウダーの物理的特性は印刷結果に直接影響するため、サプライヤーによる厳密な管理が非常に重要であることがわかります。

SLS印刷金属部品の後処理

SLSプリンティング工程の後、さらなる仕上げ工程が最終的な部品特性の向上に役立つ：

一般的な SLS 部品の後処理ステップ

プロセス	説明	メリット
粉の除去	余分なパウダーをブラッシング／ブラスト除去	印刷物を公開
ストレス解消	残留応力を除去するための加熱	寸法精度の向上
表面仕上げ	サンディング、研磨、ビーズブラスト	表面を平滑にし、コーティングの接着を助ける。
浸潤	液体が残留空隙を満たす	密度をさらに高め、強度を向上
熱処理	焼入れと焼戻しの熱サイクル	鋼の硬度を高める

部品特性への後処理効果

プロパティ	後処理の影響
密度	エポキシまたはブロンズによる浸透が気孔を充填し、密度を高める 5-15%
表面粗さ	手動/自動研磨で粗さ2ミクロン以下を達成可能
寸法精度	応力を緩和するヒートサイクルにより反りを低減し、精度を向上
引張強さ	浸透処理によりUTSが向上し、熱処理により降伏強度が2倍になる。
延性	後処理による筋力向上とのトレードオフ
硬度	17-4PHのような析出硬化性合金は時効処理によく反応する。

このように、後処理によって、用途のニーズに応じて金属特性をさらに調整することができる。

SLS金属印刷品質管理

安定した高品質の粉末原料とSLSプロセスのモニタリングにより、信頼性の高い部品が得られます：

品質管理 SLS金属パウダー

パラメータ	代表的な仕様	試験方法
粒度分布	ホール流量 > 35s/50g	ふるい分け、レーザー回折
見かけ密度	真密度65-80%	重量測定
粉体組成	ISO 27296による合金範囲	蛍光X線
表面形態	中央円形度 > 0.75	顕微鏡写真、画像解析
汚染	< 酸素50ppm未満、窒素150ppm未満	不活性ガス融解分析

SLS印刷のインプロセスモニタリング

メートル	使用センサー	目的
レーザー出力	フォトダイオード内蔵	フュージョンの一貫性を維持
パウダーベッド温度	IRセンサー	部品の完全性を確保し、反りを防止
雰囲気	酸素分析計	ビルドチャンバー内でのパウダーの発火を防ぐ
層厚	Z軸エンコーダ	正確で再現性の高いレイヤー

投入粉末とプロセス設定に対するこのような厳格な管理により、各生産工程から高品質の金属部品が生み出される。

SLS金属プリンティングと代替技術の比較

SLSに代わる他の金属3Dプリンティングには、以下のようなものがある：

金属3Dプリント法の比較

メートル	バインダー・ジェット	DMLS	SLM	EBM
原材料	金属/ポリマー混合粉	金属粉	金属粉	金属ワイヤー/パウダー
エネルギー源	液体バインダー	ファイバーレーザー	強力Ybファイバーレーザー	電子ビーム
ビルド速度	中程度、レーザーより速い	ポイント・バイ・ポイントのスキャンのため遅い	非常に速く、完全に溶ける	最速の方法
解像度、表面仕上げ	バインダーによる劣化、後処理が有効	レーザースポットが細かいので非常に良い	完全溶融のため素晴らしい	部分的な融解により中程度
寸法精度	+/- CTQプロセスによる±0.3%	+/- 0.1-0.2%	+/- 0.1-0.2%	+/- 0.2-0.3%
後処理	硬化と焼結の両方が必要	取り外しのみサポート	機械加工が必要な場合がある	ほとんどの二次加工が必要
部品あたりのコスト	材料費の低減が価格低減に貢献	はるかに高い営業コスト	高い設備費、材料費	設備費が高い

あらゆる方法の中で、バインダージェッティングは、10,000個までの少量の金属部品生産において、最もコスト効率の高い方法として浮上してきた。SLSは、優れた精度と表面仕上げを兼ね備えた、最も簡単な後処理を提供します。

よくあるご質問

どのような産業でSLS金属印刷が使われていますか？

SLS金属印刷は、航空宇宙、自動車、医療、その他精密金属部品が必要とされる多くの産業で使用されている。

SLS金属印刷の精度と解像度は？

精度と解像度は、機械、材料、プロセス・パラメーターなどいくつかの要因に依存するが、SLS金属印刷は高い精度を達成できる。

SLS金属プリント部品に後処理は必要ですか？

サポート構造を除去し、表面仕上げを改善し、アプリケーションの特定の要件を満たすために、後処理が必要になる場合があります。

SLS金属プリンティングの限界は？

いくつかの制限には、装置のコスト、ビルドチャンバーのサイズの制限、レーザーと金属粉末の使用による適切な安全対策の必要性などがある。

SLS金属プリンティングは大量生産に使えるか？

はい、SLS金属プリンティングは、金属部品のプロトタイピングと少量から中量の生産の両方に使用できます。

SLS金属印刷は環境に優しいか？

従来の製造方法に比べて材料の廃棄を減らすことができる一方で、金属粉の廃棄やエネルギー消費は、環境への影響について考慮すべき要素である。

SLS金属プリンティングで作業する際の安全上の注意はありますか？

はい、金属粉末を取り扱う際には安全対策を講じるべきですし、オペレーターはレーザーを使用したシステムを安全に操作できるよう訓練されるべきです。

SLS金属印刷サービスの費用は？

費用は、材料の選択、部品の複雑さ、数量などの要因によって異なる。特定のプロジェクトについては、サービス・プロバイダーに見積もりを依頼するのが最善である。

より多くの3Dプリントプロセスを知る