市場で最も精度の高い積層造形技術の1つは、粉末造形3Dプリンターです。このプリンターは、複数の技術を使用して粉末材料を溶融または焼結し、連続した層で完成部品を造形します。これらのプリンターは、スライス・ソフトウェアを使用してスライスされたCADファイルを使用し、3Dプリンターを通過させます。

粉末溶融の技術としては、電子ビーム溶解（EBM）と選択的レーザー溶解（SLM）の2つがよく知られているが、これらは金属合金粉末を使って印刷する。それぞれ金属粉末から強固で厚い断面を形成しますが、その方法や能力には多くの違いがあります。

EBM（電子ビーム溶解）の定義

EBMは、電子銃から発生させた電子ビームを磁場によって照射する積層造形技術である。このシステムは1993年、アルカム社（GEに買収された）がチャルマース工科大学とともに発明した。

EBMプロセスの主な特徴

• 真空チャンバー内で電子を放出する超高温タングステンフィラメントを使用
• 電子は光速の約半分の速さで移動する。
• 最高2,000℃まで可能
• 電子ビームは最大8,000mm/sの速度で照射可能
• 酸化防止のため真空チャンバーが必要
• レーザーのような）光子の代わりにエネルギーを持った電子を使う

EBMマテリアル

EBMは、導電性の金属と合金のみを印刷する：

• チタンおよびチタン合金 (Ti6AL4V)
• タンタル
• ステンレス
• 工具鋼
• コバルトクロム（CoCrMo）
• 銅
• ニッケル合金（インコネル® 718）

SLM（選択的レーザー溶融）の定義

SLMは、高出力ファイバーレーザーを使用して金属粉末を選択的に溶融する粉末床溶融技術である。1995年に初めて発明され、SLMソリューションズによって商業化されたSLMは、最大12個の高出力レーザーを同時に利用することができる。

SLMプロセスの主な特徴

• 高出力ファイバーレーザーを使用（通常1レーザーあたり1000W）
• 単なる焼結ではなく、材料を完全に溶かす
• 不活性ガス充填チャンバー内で作動（真空ではない）
• 層高20～50ミクロン
• スピードと精度の最適化のためにビーム幅を調整可能

SLM材料

SLMには、より幅広い素材がある：

• チタンのような純金属
• 工具鋼
• 銅
• ステンレス
• コバルトクロム
• アルミニウム およびアルミニウム合金
• 貴金属
• ほとんどの鉄、ニッケル、コバルト、銅ベースの合金

詳細比較 | EBMとSLMの比較

技術の違い

パフォーマンス比較 | EBMとSLMの比較

スピード

EBMの利点:広いビーム幅と迅速な位置決めにより、シングルビームSLMよりも高速な印刷が可能。

SLMの対応:マルチビームSLMシステム(最大12レーザー)はEBMのスピードに匹敵するか、それを超えることができる

精度と表面仕上げ

SLMの利点:優れた寸法精度、優れた表面仕上げ、より微細な層分解能

EBMの欠点： ビーム幅が大きいため表面仕上げが粗く、後加工が必要

ビルド・ボリューム

EBM:直径350mm×高さ430mmまで（円筒形）

SLM:最大600×600×600mm（それ以上の単品も可能）

材料特性と用途

部品特性

• どちらの技術も生産している：
• 高密度部品
• 優れた機械的特性
• 等方性材料特性
• 丈夫で軽量な部品

EBMに特化している：

• 内部応力が少ない
• 熱処理はほとんど必要ない
• 最大98%の粉体リサイクル率

SLM専用：

• 空隙率が低い
• 高い内部応力（多くの場合、製造後の熱処理が必要）
• 寸法精度が良い

産業用途

EBMの応用：

• 航空宇宙（タービンブレード）
• メディカル（整形外科用インプラント）
• 自動車部品
• 防衛用途
• 石油化学産業

SLMアプリケーション：

• 航空宇宙
• 自動車
• 医療と歯科
• 工業用工具
• 建設
• ジュエリー
• 完全なアセンブリ（コンポーネントだけでなく）

メリットとデメリット | EBMとSLMの比較

EBMの利点：

• より速い印刷速度（シングルビーム）
• より高い溶融温度（2,000℃まで）
• 必要な支持構造が少ない
• 内部応力の低減
• 優れた機械的特性
• 高い粉体リサイクル率
• 同時に複数箇所へのビーム分離が可能

EBMの欠点：

• 導電性材料に限る
• 真空チャンバーが必要（複雑さが増し、サイズが制限される）
• 製品の精度が低い
• 後処理が必要な粗い表面仕上げ
• 高価な機械と材料
• 独自技術
• 熟練した技術者が必要
• 小さな部品に限定
• 必要な冷却期間

SLMの利点：

• 幅広い素材
• 寸法精度の向上
• 優れた表面仕上げ
• より大きな製造量
• アセンブリ全体の印刷が可能
• オペレーターがビーム幅を調整し、スピードと精度を両立
• スピードアップのための複数のレーザーオプション

SLMの欠点：

• 印刷速度が遅い（シングルビームシステム）
• より高い内部応力
• 製造後の熱処理が必要
• より高価なエントリーレベルのマシン 

代替技術

ダイレクトメタルレーザー焼結（DMLS）

直接金属レーザー焼結 SLMに似ているが、より低エネルギーのレーザーを複数使用し、密度は低いが、EBMとSLMの両方よりも優れた解像度で優れた精度を提供する。

指向性エネルギー蒸着 (DED)

フィラメントやパウダーを使って金属、ポリマー、セラミックをプリントできる。より大きな製品を素早く製造し、複数の材料を扱うことができる。

選択的レーザー焼結(SLS)

選択的レーザー焼結 はSLMに非常に似ているが、金属材料ではなくプラスチックで印刷する。

概要

EBMとSLMはどちらも粉末床溶融金属3Dプリンティング技術で、高強度の熱源を利用して金属粉末を溶融し、高強度で高密度の製品を製造します。どちらを選択するかは、特定の要件によって決まります：

次のような場合にEBMを選択する：

• スピード優先
• 耐火性／導電性材料の取り扱い
• 内部ストレスの最小化が重要
• 熱処理は避けるべきである

次のような場合にSLMを選択する：

• 精度と表面仕上げが重要
• 素材の多様性が必要
• より大きな部品または完全なアセンブリが必要
• より高い解像度が必要

どちらの技術も進化を続けており、SLMは、優れた精度と材料の柔軟性を維持しながら、EBMの速度の利点に匹敵するマルチレーザーシステムによって地歩を固めている。

よくある質問

EBMとSLMでは、使用する熱源がどのように違うのですか？

EBMは電子ビームを使い、SLMはレーザーを使って金属粉末を溶かす。

真空チャンバー内で作動するプロセスは？

EBMは真空中で作動し、SLMは不活性ガス雰囲気中で作動する。

EBMやSLMでよく加工される金属は何ですか？

EBMはチタンやコバルト・クロム合金によく使われるが、SLMはステンレス鋼やアルミニウムなど、より広い範囲に対応する。

表面仕上げと精度の比較は？

SLMは通常、EBMよりも微細な表面仕上げと高解像度の部品を製造する。

どちらの工程が一般的に製造速度が速いですか？

EBMは、エネルギー密度と体積溶融が高いため、造形速度が速い。

EBMとSLMの典型的な用途は？

EBMは航空宇宙や医療用インプラントで普及しており、SLMは自動車、航空宇宙、工具で使用されている。

残留応力の少ない部品ができるのはどの工程ですか？

EBM部品は、真空環境と予熱により残留応力が低くなる傾向がある。

EBMとSLMでは後処理は違うのですか？

どちらも同様の後処理を必要とするが、SLM部品はより多くの表面仕上げを必要とする場合がある。

どちらの方法がより高価か？

コストは様々だが、EBMの機械と操作はSLMよりも高価になる傾向がある。