InconelのDMLS部品で達成できる精度と表面粗さは？

工学的観点から見ると、インコネルのDMLS部品で達成できる精度および表面粗さは、「造形そのまま（as-printed）」で使用するか、後工程の精密加工を組み合わせるかによって異なります。私たちのワークフローでは、DMLS（ダイレクトメタルレーザー焼結）をニアネットシェイプ（近似最終形状）プロセスとして位置付け、重要領域を超合金CNC加工で仕上げることで、インコネル部品が航空宇宙・エネルギー分野の厳格な公差要求を満たすようにしています。

インコネルDMLS部品の造形状態での寸法精度

適切にチューニングされたパラメータセットを使用した場合、DMLSで造形されたインコネル部品は、100 mmあたり±0.1〜0.2 mm程度の寸法公差を達成できます。これは、良好なサポート構造設計と効果的な熱管理が行われていることが前提です。リブ、ラティス構造、冷却チャネルなどの微細形状は、0.3〜0.5 mm程度まで再現可能ですが、薄肉壁や細長い形状は歪みの影響を受けやすくなります。

熱蓄積や残留応力により、長く細いセクションで軽微な反り（バナナ状変形）が発生することがあります。これを防ぐために、シール面、フランジ、穴などに加工余肉を設け、造形時の部品の向きを最適化してオーバーハングを最小限にします。航空宇宙や発電分野のタービン、燃焼器、マニホールドなどの重要部品では、この方法により最終公差がDMLSのばらつきではなく、仕上げ加工によって制御されます。

造形表面粗さと機能要求の関係

造形状態のDMLSインコネル表面は、部分的に焼結された粒子や積層段差の影響で比較的粗いです。垂直面や傾斜面ではRa値が8〜15 μm程度であり、上面はやや滑らかですが、下面やオーバーハング部では粗くなります。内部チャネルでは、この粗さが熱伝達を促進する場合もありますが、シール面、軸受ジャーナル、流量制御部などでは許容されません。

表面品質を向上させる必要がある場合は、切削仕上げ用に余肉を確保するか、局所的な仕上げ処理を適用します。図面上で「as-printed」のまま許容できる面と、「as-machined」に仕上げる必要のある面を明確に区別することが、プロセス計画の初期段階で重要です。

CNC仕上げおよび研削による高精度化

高精度な公差と低粗さを実現するために、DMLSを高精度機械加工やCNC研削加工と組み合わせます。応力除去および必要に応じてHIP処理を行った後、インコネル718などの合金に対し、重要な穴、フランジ、接合面を±0.01〜0.02 mmの公差で仕上げることができます。短い基準面ではさらに厳密な公差も可能です。

表面仕上げに関しては、旋削、フライス加工、研削によってRa 0.8〜1.6 μm程度まで達成可能です。高性能シール面や回転軸受面では、精密研削およびスーパー仕上げによりRa 0.4 μm未満まで向上できます。形状が許す場合は、CNC部品研磨ガイドラインに基づく制御研磨を併用し、摩擦低減と疲労強度の向上を図ります。

高精度DMLS部品の設計および検査指針

設計者にとって重要なのは、DMLSをニアネットプロセスとして捉えることです。高精度エリアには0.3〜0.7 mmの加工余肉を設け、重要基準面は歪みの少ない造形方向に合わせ、CNC加工ツールのアクセスを確保します。内部では、同時造形した基準クーポンをCMMで測定し、内部形状やポロシティを確認する場合はCTスキャンを使用します。

まとめると、インコネルDMLS単体では中程度の精度と比較的粗い表面を持ち、機能試作や内部流路用途には十分です。しかし、精密加工・研削・研磨を組み合わせた後処理ルートを採用することで、DMLSインコネル部品は従来製法の高温部品と同等の公差・表面品質を達成できます。