指向性エネルギー堆積(DED/LMD)

レーザーが部品の上に溶融池をつくり、吹き込んだ粉末が金属を加える(指向性エネルギー堆積)

指向性エネルギー堆積(DED)は、金属が着地するちょうどその場所で溶かして加えます。接合するのではなく造形する、溶接トーチのようなものです。もっとも一般的な形であるレーザーメタルデポジション(LMD)では、レーザーが小さな溶融池をつくり、吹き込まれた粉末が新しい金属になります。高価な摩耗部品を補修したり、既存の部品に形状を追加したりするときの定番の方法です。

写真：Lucie Prokešová, CC BY-SA 4.0, 提供： Wikimedia Commons

レーザーメタルデポジション · ヘッドの断面と補修の例、5つの手順上:右へ動くヘッドの断面。下:典型的な補修作業。丸数字は下の手順に対応しています。

しくみ

小さな溶融池をつくる。 絞ったレーザービーム、通常は数百ワットから数キロワットが、部品の一点を溶かします。この溶融池(液体金属の小さな水たまり)は幅が数ミリです。
粉末を吹き込む。 ビームのまわりのノズルが、細かい金属粉末を溶融池に吹き込みます。アルゴン(不活性ガス)が粉末を運び、熱い金属を空気から守ります。
ビードを固める。 粉末は溶融池に溶け込みます。ヘッドが先へ進むと、その後ろの金属は一瞬で冷え、ビード(新しい金属の盛り上がった線)になります。
層をたどり、一段上がる。 ロボットまたは5軸機(部品を傾けたり回したりもできるもの)が、各層の経路に沿ってヘッドを導きます。そのあと1層分上がって、繰り返します。
寸法に機械加工する。 表面はさざ波状で、わずかに大きめに仕上がるので、部品をフライス加工や研削で最終形状にします。補修では、元の輪郭が復元されます。

主なポイント

材料: 溶接できる金属:チタン合金、ニッケル超合金(ジェットエンジン用の耐熱合金)、ステンレス鋼と工具鋼、コバルト合金と銅合金。2種類の粉末を混ぜて、ある金属から別の金属へ組成を傾斜させることもできます
代表的な部品: 補修されたタービンブレード、軸、金型。耐摩耗コーティング。既存部品への形状追加。ニアネットシェイプのブランク(最終形状に近く、軽い機械加工だけで済むもの)
部品サイズ: 数ミリの補修から 1 m を超える部品まで。ロボットや機械の届く範囲で制限される
精度: 堆積したままで約 ±0.5 mm。最終加工で約 ±0.05 mm にする
表面仕上げ: 堆積したままは粗くさざ波状。機械加工した後で初めてなめらかになる
向いているロット数: 1品もの、補修、小ロット
金型・設備コスト: 金型は不要。産業用レーザーシステムは通常、数十万ドルから 100 万ドル超
速度: 通常、1 時間あたり約 0.1–2 kg の金属:粉末床溶融結合より速く、WAAM より遅い