ダイレクトメタルレーザー焼結（DMLS）用リコーター構成の使用例

2021年9月30日｜読了時間：7分

ブレードの再コーティングのさまざまなオプションについて言えば、積層造形（AM）業界では、ソフト再コーティングとハード再コーティングのどちらを使用するかについて、常に議論が交わされてきました。ここでは、さまざまな使用例と、ソフトとハードのリコートの利点と欠点について説明します。

ハードリコーター

EOSシステムの標準オプションは、部品品質と再現性の点で有利なハードリコーターです。剛性の高いブレードは、一貫した層厚を保証し、露光中に溶融プールから排出され、後続層の融合不足の高リスク因子となる部品表面のスパッタを除去することができます。その形状と剛性により、硬質ブレードは再コーティング中にパウダーを圧縮し、より高密度のパウダーベッドを提供します。EOSの標準プロセスパラメーターはすべて、硬質リコーターブレードを使用して開発されています。そのため、プロセス・ウィンドウは、安定したプロセスを提供する強固なプロセス・パラメーターに容易に絞り込むことができます。

硬質リコーターは、軟質リコーターと比較して優れた耐摩耗性を示し、長時間のビルドジョブでも一定のリコート特性を保証します。これにより、部品全体の特性がより安定します。ハードリコーターは一般的にソフトリコーターよりも高価ですが、耐用年数が長く、メンテナンスの手間が少ないこともコスト分析に考慮する必要があります。

規制の厳しい業界は、ポリマー製ソフトリコーターに難色を示している。摩耗が粉体の汚染を引き起こし、介在物の発生につながる可能性があるからだ。例えば、航空宇宙産業は、特にエンジン用途でのシリコン介在物の発生を避けたいと考えている。しかし、これは一般的な排除基準ではない。

ハードリコーターの利点が活かされる典型的な用途は、機械的特性や寸法精度の面で再現性の高い品質が最も要求される部品や、ソフトリコーターでは摩耗が早すぎて長時間の造型作業ができないようなかさばる部品である。

ハードリコーターの主な課題は、その剛性にある。部品とリコーターが接触すると、ソフトなリコーターなら部品の変形に対応できるところ、作業が中断されるリスクが高くなります。部品とリコーターの接触は、例えば残留応力によるサポート不良や、不適切なプロセスパラメーターによるオーバーヒートによって起こります。

しかし、高品質の部品や連続生産の場合、この欠点は利点にもなる。たとえソフトなリコーターで仕上げたとしても、最終的に損傷や欠陥は残ってしまい、部品のスクラップが必要になる。また、熱処理やその他の後処理工程を経た後に初めて損傷が発見され、さらに高いコストが発生するというリスクもある。最悪の場合、欠陥がまったく検出されなければ、運転中に故障につながる可能性がある。ハード・リコーターでは作業がクラッシュしてしまうが、AMエンジニアは、設計、サポート、プロセス・パラメーターのいずれかが間違っており、部品が次の反復を経なければならないというフィードバックを直接得ることができる。

さらなる欠点は、ブレードが硬いため、再コーティング時の摩擦力がすべて部品に伝わることである。この事実は、アスペクト比が高い場合の造形性を制限する。再コーティングの際、摩擦力が部品の上で折れ曲がったり、パウダーベッドを乱す振動を引き起こしたりする可能性があります。この課題は、部品の熱的状況を考慮した適切なプロセス・パラメーターによって部分的に軽減することができますが、それでもなお、背が高く薄い設計では制限要因となり得ます。

しかし、医療用途の格子構造のような微細な対象物は、プロセスパラメーターを適合させれば、壊れやすい部品でもハードリコーターでかなり簡単に製造できることを示している。ヒップカップは、微細構造でありながら高い品質が要求される部品の良い例であり、ハードリコーターがその利点を証明することができる。

EOSマシンで使用可能なハードリコーターには2種類あります：HSS（高速度鋼）とセラミックです。どちらのリコーター構成を選択するかは、使用する材料によって異なります。ほとんどの材料では、HSSブレードが使用されます。HSSブレードは焼き入れされていても、ある程度の延性が残っているからです。そのため、部品との接触後にノッチが破壊されるリスクは、セラミックリコーターの場合よりも低くなります。ただし、サポートの不具合などによる粗加工後にノッチが生じた場合は、ブレードを交換する必要はなく、慎重に研磨すればよい。

材料が磁化可能な場合は、セラミック・タイプのリコーター・ブレードを選ばなければならない。そうでないと、粉がブレードに付着し、再コーティング時に筋が発生します。EOSのポートフォリオには、CX、PH1、17-4PH、MS1などの鋼材があります。ハイスブレードとは対照的に、セラミックは脆いため、潜在的なノッチを研磨することはできません。しかし、この素材は非常に耐摩耗性に優れています。

ソフトリコーター

ソフトリコーターオプションの主な利点は、再コーティング中に部品にかかるリコーター力を低減できることです。リコーターはより柔軟であるため、摩擦力が高くなりすぎた場合には、リコーターが変形したり、パウダーベッドを突き破ってパーツの形状が変形した場合には、ある程度パーツの形状に合わせることができます。この結果、ソフトリコーターの長所を生かした2つの主な使用例が生まれる：

アスペクト比の高い部品や壊れやすい部品をより簡単に作ることができる。
リコータージャムによる作業中断の可能性が低くなります。特にプロトタイピングでは、部品の品質を確保することよりも、短期間で結果を出すことの方が重要な場合が多い。このため、多くのサービス・プロバイダーは、厳しい納期を守るためにソフト・リコーターを使用するのが一般的です。さらに、クラッシュしたジョブはすべて製造コストを増加させる。

ソフトリコーターの主な欠点は、ハードリコーターとの比較で既に簡単に述べた通りである。リコータの磨耗が進むと、長時間の造膜作業中に部品の特性に影響を与える可能性がある。さらに、例えばビルドプレートへの取り付けが不十分なために部品が変形した場合、ジョブは継続されるが、部品は寸法精度に関して規格外となる可能性が高い。したがって、ジョブが正常に完了したからといって、部品が仕様に適合するとは限りません。

とはいえ、ソフト・リコーターは有用なツールであり、その必要性は用途に応じて決まる。上記のような特徴を持つ特定の用途では、最も経済的なソリューションになり得る：高いアスペクト比、壊れやすい特徴、短期間での結果を必要とする場合などである。

EOSは3種類のソフト・リコーターを用意しています。カーボンファイバーブラシのリコーターはすでに何年も前から販売されており、EOS M 290用のポリマーリコーターはシリコーンとニトリル・ブタジエン・ラバー（NBR）の2種類です。

このブラシ・リコーターは、短いカーボン・ファイバーの集合体がホルダーに取り付けられている。ポリマー製ブレードと比較すると利点は少ないが、高価である。部品と接触した場合、ファイバーはある程度横に曲がることができるため、リコーターが永久的に損傷する確率はポリマー製オプションより若干低い。さらに、部品が一定量の繊維としか相互作用しないため、摩擦力の影響がより局所的になり、壊れやすい部品の製造に優れている。

EOS M 290用の2種類のポリマーリコーターは、大型フレームシステムEOS M 400およびEOS M 400-4にも使用可能です。最も簡単な見分け方は色です。シリコンブレードは透明で、NBRブレードは黒ですが、特性や使用例にも違いがあります。NBRブレードは80℃まで、シリコンブレードはそれ以上の温度での使用に適しています。

新しいポリマー・ソフト・リコーター・オプションの能力を示すため、EOS M 290の文字をあしらった高アスペクト比のパーツをいくつか作り、さらに挑戦の度合いを高めました。Materialise Magicsを使用して、最大アスペクト比66（直径2.5mm、高さ165mm）のツリーサポートを作成しました。上部のEOS M 290ライティングは、Materialise 3-maticソフトウェアの助けを借りて設計され、内部にボリュームグラフを持つメッシュベースの格子で構成されています。さらに、EOSロゴの細かいサポートは、Materialise e-Stageを使用して作成されました。これは、完全に自動化されたサポート生成を可能にし、サポートに必要な材料を節約し、データ準備の時間を大幅に短縮するのに役立ちます。すべての印刷は、EOSアルミニウムAlSi10Mgと新しいAlSi10Mg 60 µmコアプロセスのEOS M 290で行われました。

結論

リコーターには、それぞれのタイプに適した使用例があります。EOSでは、ハードリコーターは再現性の高い品質が最も要求される部品の標準オプションであり、ソフトリコーターは高アスペクト比の部品を可能にすると考えている。さらに、欠陥のリスクよりもリードタイムが重要な場合は、ソフトリコーターが好まれます。EOSはハードリコーターとソフトリコーターの両方を提供していますので、お客様の用途に最適なものを簡単にお選びいただけます。