金属SLSではどんなサポート材が使われ、除去はどれほど難しい？

工学的な観点から見ると、一般的に「金属SLS」と呼ばれているものは、実際にはDMLS金属3DプリンティングやSLM金属積層造形などのレーザーパウダーベッド溶融プロセスを指します。ポリマーSLSとは異なり、これらのプロセスでは部品と同じ金属粉末から作られる専用のサポート構造が必要です。これらのサポートは熱管理や歪み抑制に不可欠ですが、除去および後処理にかなりの手間がかかります。

金属SLSで使用されるサポートの種類

金属パウダーベッド溶融では、いくつかのサポート形態が採用されます。大きなオーバーハング用のソリッドブロックサポート、剛性と除去の容易さを両立するラティス（マトリックス）サポート、そして細い形状用のニードル状や樹枝状サポートなどです。いずれも部品と同じ合金で層ごとに造形され、金属結合を形成します。

造形は厚いベースプレート上から始まり、部品およびサポートの最初の層がこのプレートに直接溶融結合されます。造形完了後、余分な粉末を除去したら、まずパーツとサポートのアセンブリをベースプレートから分離します。通常はバンドソーやワイヤ放電加工（EDM）を使用し、その後でサポートネットワークを除去できるようになります。

金属サポートが必要な理由

金属積層造形では、サポートは単なる形状維持のためだけでなく、熱的および金属組織的安定性のためにも重要です。ビルドプレートから約45°以下のオーバーハングや薄肉部、長いブリッジ形状は、しっかりとした固定がないと歪みや割れを生じやすくなります。サポートは熱伝導体として機能し、溶融池から熱を逃がすことで残留応力を軽減し、歪みや層剥離を防ぎます。

インコネル718のような高性能合金では、造形中の熱負荷が特に大きく、サポート設計が極めて重要です。私たちはサポートをエンジニアリングモデルの一部として扱い、剛性、接触パターン、密度を調整して造形信頼性と除去容易性のバランスをとるよう最適化します。

サポート除去の難易度

金属SLS/DMLSのサポート除去は、ポリマーSLSよりもはるかに困難です。サポートは完全に緻密な金属であり、金属的に結合しているため、ブラシや洗浄で簡単に取り除くことはできません。その難易度は合金の硬度、サポート形状、アクセス性によって変わります。

まず、部品をベースプレートから切り離します。その後、バンドソー、ノミ、超硬バー、研磨工具などでサポートを除去します。精密面や嵌合面に関しては、通常CNC加工サービス環境に持ち込み、基準面に対して残ったサポート痕を制御された寸法でミリング除去します。重要なシール面、穴、嵌合部などはCNC研削によって真円度や表面品質を回復させます。

機械的除去後も小さな残留物や熱影響層が残ることがあります。これらはバレル研磨や面取り、ショットブラスト、または手作業による局所仕上げで除去します。複雑な内部流路ではサポート除去が極めて困難または不可能な場合もあるため、設計段階で内部サポートの必要性を避けることが重要です。

サポート除去労力を減らす設計戦略

サポート除去を容易にするために、部品形状と造形方向を一体的に設計します。低角度オーバーハングを減らすための最適な方向設定、自己支持形状（フラットではなく45°の屋根や面取り構造）の採用、複数パーツへの分割などが、サポート量を大幅に削減する方法です。

また、サポートの接触領域を非機能面や後でCNC試作加工で除去される余肉部分に配置するよう工夫します。これにより、サポート痕が重要な表面に残らず、必要な表面品質を確保できます。多くのカスタムプロジェクトでは、金属SLSをニアネットシェイプ工程として扱い、最終的な形状・仕上げを従来のCNC加工で達成します。

まとめると、金属SLSでは溶解性や剥離可能なサポート材料は使用されません。サポートは構造的な金属要素であり、切断・機械加工・仕上げによって除去する必要があります。慎重な設計とアディティブ・サブトラクティブのハイブリッドワークフローを組み合わせることでその影響を抑えられますが、依然として製造全体の重要な工程の一部を占めています。