ビームシェーピングによる積層造形の新時代へ

2025年4月15日 | 読了時間：5分

金属積層造形（AM）産業は新たな段階に差し掛かっている。生産性と効率性の向上が従来のガウスビームプロファイルによって制約される時代は終わりを告げる。nLIGHT AFXレーザー技術が実現する動的ビームシェーピング技術が障壁を打ち破り、可能性の定義を再構築する。

EOSおよびAMCM金属ソリューションを利用するAMメーカーにとって、この革新は単なる技術的改善ではなく、競争優位性そのものです。ビームシェーピング技術は生産性の向上、プロセス安定性の強化、材料適応範囲の拡大を実現します。では、その仕組みと重要性とは？詳しく見ていきましょう。

ビーム成形の革命：単なるレーザーの増加以上のもの

業界では長年、AMシステムにおけるレーザー数の増加によって生産性の向上を追求してきた。これにより製造速度は向上するものの、運用コストと保守の複雑さも増大する。しかしビームシェーピング技術は代替手段を提供し、所有コストを増加させることなくレーザー効率を高め、プロセスウィンドウを拡大する。

EOSでは、nLIGHT AFXレーザーを搭載したEOSメタルソリューションにより、この課題に取り組んでいます。これにより以下のことが可能となります：

部品品質を損なうことなく、最大2倍の高速ビルドを実現。7種類の切り替え可能なビームプロファイルにより、より高いスループットを可能にします。
比類のないレーザーの柔軟性を実現し、スポットサイズは約85µmのガウスプロファイルから最大250µmのリングプロファイルまで調整可能。これによりエネルギー分布を精密に制御できます。

EOSはレーザーの追加導入に依存するのではなく、よりスマートなレーザー活用に注力している。熱をより均一に分散させることで溶融プールを安定化させ、スパッタを低減し、材料の加工性を向上させる。この適応型アプローチにより、製造業者は一貫性と品質を維持しながら生産性を拡大できる。これは航空宇宙、防衛、産業用工具アプリケーションにおいて極めて重要な要素である。

金属積層造形におけるビームシェーピングの主な利点

品質を損なわずに生産性を向上： ビーム成形技術が生産性の大幅な向上をもたらすことが研究で 実証されています。インコネル718の加工ではガウスビームと比較して積層速度が23％向上し、316Lステンレス鋼の加工ではハッチ間隔の拡大と走査速度の向上により処理速度が2倍に加速されました。
プロセス安定性の向上とスパッタの低減： 粉末床溶融レーザービーム（PBF-LB）積層造形における最大の課題の一つは 、粉末床を汚染しフィルターの寿命を縮めるスパッタの発生である。フラウンホーファーIAPT研究所の研究では、リング状のビームプロファイルを使用することで煤とスパッタを75％削減し、よりクリーンな造形と材料廃棄物の低減を実現した。
難溶接材料の加工：ビーム 成形技術により、ニッケル基超合金、工具鋼、特定アルミニウム合金、難溶金属など従来加工困難な材料の加工が可能となる。これにより、高度な材料特性が不可欠な航空宇宙、防衛、産業用工具分野における新たな応用が拓かれる。
部品品質の一貫性と後処理工程の削減：ビーム成形により 溶融プールを安定化させることで 、部品間のばらつきを最小限に抑え、微細組織の制御性を向上させます。ミュンヘン工科大学による316Lステンレス鋼の研究では、リングビーム形状がプロセスウィンドウを大幅に拡大し、高密度部品を維持しながら柔軟性を高めることが確認されました。これにより後処理工程が削減され、生産コストの直接的な低減につながります。
粉末とフィルターの寿命延長によるコスト効率化： EOSがIN718に関する自社研究で明らかにしたように 、ビーム成形により粉末損失は最大70%削減され、凝縮水生成は60%減少。これにより材料利用率が直接向上し、メンテナンスサイクルが短縮されました。EOSのお客様にとって、これは消耗品コストの削減、ダウンタイムの減少、高価値金属粉末の効率的な利用を意味し、投資回収期間の短縮を実現します。