選択的レーザー溶融

選択的レーザー溶融（SLM）は、熱源と粉末の層を使用して金属部品を作成する金属付加製造（AM）技術の多くの商標名^{[1]の1つです。}直接金属レーザー焼結（DMLS）としても知られ、ASTM標準用語は粉末床融合（PBF ）です。PBFは、高出力密度レーザーを使用して金属粉末を溶かして融合するように設計されたラピッドプロトタイピング、3D印刷、または付加製造技術です。^{[2] [3]}

選択的レーザー溶融は、ドイツのアーヘンにあるフラウンホーファー研究所ILTで1995年にドイツの研究プロジェクトで開始された、多くの独自の粉末床溶融技術の1つであり、いわゆるILT SLM基本特許につながりました。^{[4]すでにその先駆的な段階で、}パーダーボルンにあるF&S Stereolithographietechnik GmbHのディーター・シュヴァルツェ博士とマティアス・フォッケレ博士は、ILT研究者のヴィルヘルム・マイナース博士とコンラッド・ヴィッセンバッハ博士と協力しました。2000年代初頭、F&Sはドイツ北部のリューベックにあるMCP HEK GmbH（後にMTT Technology GmbH、その後SLM Solutions GmbHに改名）と商業提携を結びました。今日^{[いつ? ]}ディーター・シュヴァルツェ博士はSLM Solutions GmbHに所属し、マティアス・フォッケレ博士はRealizer GmbHを設立しました。^[要出典]

ASTM International F42 規格委員会は、選択的レーザー溶融法を「レーザー焼結」のカテゴリに分類していますが、これは誤称であることが知られています。なぜなら、このプロセスでは、金属を完全に溶かして均質で完全に密度の高い固体にするのに対し、選択的レーザー焼結(SLS) は真の焼結プロセスだからです。選択的レーザー溶融法の別名は直接金属レーザー焼結 (DMLS) で、EOS ブランドによって付けられた名前ですが、実際のプロセスでは誤解を招きます。なぜなら、部品は製造中に溶融されるのであって、焼結されるのではないからです。焼結されるということは、部品が完全に密度が高いことを意味します。^[5]このプロセスは、あらゆる点で他の SLM プロセスと非常によく似ており、SLM プロセスと見なされることがよくあります。SLM 技術を使用して機械を製造している企業には、SLM ブランドの所有者である SLM solutions、EOS、Renishaw、DMG Mori、Concept laser、TRUMPF、Sisma、3D Systems、3D4MEC などがあります。

同様のプロセスとして電子ビーム溶融（EBM）があり、これは電子ビームをエネルギー源として用いる。^[6]

選択的レーザー溶融はさまざまな合金を加工できるため、プロトタイプを生産部品と同じ材料で作られた機能的なハードウェアにすることができます。部品は層ごとに作られるため、鋳造やその他の機械加工などの従来の製造技術では製造できなかった複雑な自由形状、内部機能、困難な内部通路を設計できます。SLMは、機能的なプロトタイプとしても最終用途の生産部品としても十分に機能する、高密度で耐久性のある金属部品を生産します。^[7]

このプロセスは、3D CADファイル データを通常 20 ～ 100 マイクロメートルの厚さの層にスライスし、各層の 2D 断面を作成することから始まります。このファイル形式は、ほとんどの層ベースの 3D 印刷またはステレオリソグラフィー技術で使用される業界標準の.stlファイルです。次に、このファイルはファイル準備ソフトウェア パッケージに読み込まれ、パラメーター、値、および物理的サポートが割り当てられ、さまざまなタイプの積層製造マシンでファイルを解釈して構築できるようになります。^{[引用が必要]}

選択的レーザー溶融では、再コーティング機構を使用して、通常は金属である基板プレート上に、噴霧された金属粉末の薄い層が均一に分散されます。基板プレートは、垂直 (Z) 軸に移動するインデックス プラットフォームに固定されています。これは、酸素レベルが 1000 ppm 未満のアルゴンまたは窒素のいずれかの不活性ガスの厳密に制御された雰囲気を含むチャンバー内で行われます。各層が分散されると、部品の形状の各 2D スライスは、粉末を選択的に溶融することによって融合されます。これは、通常、数百ワットのイッテルビウム ファイバー レーザーである高出力レーザー ビームによって実現されます。レーザー ビームは、2 つの高周波スキャン ミラーを使用して X 方向と Y 方向に向けられ、F シータ レンズ配置を使用して層に沿って焦点が合ったままになります。レーザー エネルギーは強力で、粒子が完全に溶融 (融合) して固体構造を形成するのに十分なほど集中しています。このプロセスは、部品が完成するまで層ごとに繰り返されます。^[8]

SLMマシンは主に、標準レーザー出力が100～1000Wの高出力Yb光ファイバーレーザーを使用します。ビルドチャンバーエリア内には、材料ディスペンシングプラットフォームとビルドプラットフォームがあり、ビルドプラットフォーム全体に新しい粉末を均一に広げるためのリコーターシステム（ブレードまたはローラー）が付いています。部品は、通常30～60マイクロメートルの厚さの層を使用して、層ごとに積層されます。^[9]

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  TRUMPF TruPrint 1000での選択的レーザー溶融- 印刷中の印刷チャンバーのビュー。
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  印刷完了（余分なパウダーを除去）

選択的レーザー溶融（SLM）マシンは、X、Y、Z方向に最大1m（39.37インチ）の作業空間で動作できます。^{[10] [11]}このプロセスで使用される材料には、Niベースの超合金、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、工具鋼、コバルトクロム、チタン、タングステンなどがあります。タングステン部品の製造には、この金属の融点と延性脆性遷移温度が高いため、SLMが特に有用です。^[12]プロセスで使用する材料は、アトマイズされた状態（粉末状）でなければなりません。これらの粉末は一般にガスアトマイズされたプレアロイであり、工業規模で球状粉末を得るための最も経済的なプロセスです。球形であることが望まれるのは、高い流動性と充填密度が保証され、粉末層が迅速かつ再現性よく広がることにつながるためです。内部多孔性のレベルが低い球形度の高い粉末は、プラズマアトマイゼーションと粉末球状化によって製造されます。^[13]流動性をさらに最適化するために、15～45 μm または 20～63 μm のような微粒子の割合が低い狭い粒度分布が通常採用されます。 このプロセスで現在使用されている合金には、AISI 316L、AISI 304、C67、F53、H13、17-4 PH および 15-5ステンレス鋼、マルエージング鋼、コバルト クロム、インコネル625 および 718、銅ベースの合金 (CW510 真鍮、エコ真鍮、青銅)、^[14] アルミニウム^[15] AlSi10Mg、およびチタンTi6Al4V があります。^[16] 選択的レーザー溶融法を使用して製造されたサンプルの機械的特性は、鋳造を使用して製造されたものとは異なります。 [ ^17]直接金属レーザー焼結法で製造されたAlSiMgサンプルは、市販の鋳造A360.0合金で製造されたものよりも、xy平面に沿って製造した場合は43％、z平面に沿って製造した場合は36％高い降伏強度を示します。^[17] AlSiMgの降伏強度はxy平面とz平面の両方で増加することが示されているが、破断時の伸びは構築方向に沿って減少します。^[17]直接金属レーザー焼結サンプルの機械的特性のこれらの改善は、非常に微細な微細構造に起因しています。^[17]

さらに、業界からの圧力により、AM108 を含むより多くの超合金粉末が利用可能な処理に追加されました。材料特性の変化をもたらすのは印刷操作と配向だけではありません。熱間等方圧 (HIP) 熱処理とショットピーニングを介した必要な後処理も、等軸鋳造または鍛造材料と比較して機械的特性を顕著なレベルに変化させます。首都大学東京で行われた研究に基づくと、鍛造または鋳造材料と比較して、積層印刷された Ni ベースの超合金のクリープ破断と延性は通常低いことが示されています。^[18]印刷の方向性は、粒径とともに主要な影響要因です。さらに、表面状態により、積層インコネル 718 で行われた研究で見られるように、摩耗特性は通常優れています。この研究では、レーザー出力が密度と微細構造に与える影響も実証されました。^[19]レーザー処理パラメータ中に生成される材料密度は、密度が増加すると HIP 処理後の亀裂の再開が減少するなど、亀裂挙動にさらに影響を与える可能性があります。^[要引用]設計に使用するための機械的特性を最終決定するには、印刷から必要な印刷後処理までの材料の全体的な概要を把握することが重要です。

SLM は、研究と産業界の両方で実装されている、急速に発展しているプロセスです。この進歩は、カスタム特性を作成できるだけでなく、材料の使用量を削減し、製造技術では達成できない設計の自由度を高めることができるため、材料科学と業界の両方にとって非常に重要です。選択的レーザー溶融は、フルタイムの材料およびプロセスエンジニアとして非常に役立ちます。材料の製造で迅速なターンアラウンドが必要であることや、複雑な形状を必要とする特定のアプリケーションがあることなどの要求は、業界で発生する一般的な問題です。SLM があれば、部品を作成して販売するプロセスだけでなく、特性が現場で必要なものに一致することを確認するプロセスが大幅に改善されます。SLM で現在発生している課題は、処理可能な材料の制限、未開発のプロセス設定、および亀裂や多孔性などの冶金上の欠陥です。^[20]将来の課題は、アルミニウム合金の加工により、完全に高密度の部品を作成できないことです。^[20]アルミニウム粉末は軽量で、反射率が高く、熱伝導率が高く、SLMで使用されるファイバーレーザーの波長範囲でのレーザー吸収率が低い。^[20]

これらの課題は、材料が融合される際にどのように相互作用するかについてさらに研究することで改善できます。

SLM は積層造形に大きな成功をもたらしましたが、粉末媒体を集中レーザーで溶融するプロセスでは、さまざまなメカニズムを通じてさまざまな微細構造欠陥が生じ、製造された部品の全体的な機能と強度に悪影響を与える可能性があります。研究されている欠陥は多数ありますが、このセクションでは SLM によって発生する可能性のある主な欠陥のいくつかについて説明します。

最も一般的な機械的欠陥の 2 つは、溶融不良 (LOF) または凝固領域内の亀裂です。LOF は、凝集した固体ではなく、構造内にガスが閉じ込められることです。これらの欠陥は、十分な出力のレーザー光源を使用しなかったり、粉末表面をスキャンする速度が速すぎたりして、金属が十分に溶融せず、凝固のための強力な結合環境が妨げられることで発生します。亀裂は別の機械的欠陥であり、熱伝導率が低く熱膨張係数が高いために、特に転位が存在する粒界に沿って、材料内の結合を破壊するのに十分な量の内部応力が発生します。^[22]

さらに、SLM は溶融金属から構造を凝固させますが、システムの熱流体力学によって不均一な組成や意図しない多孔性が生じることが多く、印刷された構造の全体的な強度と疲労寿命に累積的に影響を及ぼす可能性があります。たとえば、指向性レーザービームは、狭い「キーホール」ゾーンまたは半溶融金属全体に直接衝突すると対流を誘発し、材料の全体的な組成に影響を与える可能性があります。[ ^23]同様に、凝固中に、樹枝状微細構造がさまざまな速度で温度勾配に沿って進行し、材料内にさまざまな分離プロファイルを生成することがわかっています。^[24]最終的に、これらの熱流体力学現象は印刷された材料内に望ましくない不一致を生成し、これらの影響を軽減するためのさらなる研究が引き続き必要になります。

SLMを使用してサンプルを印刷する場合、気孔形成は非常に重要な欠陥です。レーザースキャン速度の変化中に、表面に深いキーホールのくぼみが急速に形成され、その後崩壊して、凝固する金属に不活性シールドガスが閉じ込められるため、気孔が形成されることが明らかになっています。^[25]気孔形成のもう1つの考えられる理由は、オーステナイト系ステンレス鋼の場合に頻繁に見られる、いわゆるボール効果です。^[26]表面の濡れ性が低く、エネルギー入力が低いと、エネルギーを最小限に抑えるために溶融トラックが分割される可能性があります。その結果、いくつかの球状の溶融スポットが形成され、凝固後に気孔が残ります。^{[27] [28]}

最後に、レーザービームから生じる二次的影響が、意図せずに構造の特性に影響を与える可能性があります。その 1 つの例は、レーザービームが粉末床をスキャンするときに、固化した下層内で繰り返し加熱されるため、バルク構造内に二次相析出物が発生することです。析出物の組成によっては、この影響によりバルク材料から重要な元素が除去されたり、印刷された構造が脆くなったりすることがあります。 ^[29]それだけでなく、酸化物を含む粉末床では、レーザーのパワーと生成された対流によって酸化物が蒸発し、他の場所に「飛び散る」可能性があります。これらの酸化物は蓄積して非濡れ性挙動を示し、それによってスラグが生成され、組成物内の酸化物の有益な性質が除去されるだけでなく、材料の亀裂にとって機械的に好ましい微小環境も提供されます。

選択的レーザー溶融（SLM）プロセスでは、高い温度勾配が発生し、固体/液体界面で非平衡状態を引き起こし、溶融プールが液体から固体への相転移を起こして急速な凝固につながります。その結果、非平衡相の形成や微細構造の変化など、さまざまな影響が生じる可能性があります。

上記の理由により、SLM で製造された合金の機械的特性は、従来の方法で製造された合金のそのままの状態ではかなり異なる可能性があります。SLM で製造された合金の中心的な特徴は、機械的特性の大きな異方性です。鋳造金属の結晶粒構造は通常、ほぼ均一で等方性の結晶粒が特徴ですが、SLM を使用して製造された合金は、構築方向に結晶粒が大きく伸びています。^[30]結晶粒構造の異方性は、欠陥の分布、亀裂の伝播方向、そして最終的には機械的特性の異方性と関連しています。

一方、SLM に関連する特殊な熱運動特性のため、このプロセスに特有の新しい微細構造アーキテクチャが数多く存在します。新しい処理技術である SLM は、従来の技術では実現が困難な独自の微細構造を生成することができます。

ニッケル合金では、クリープ抵抗、極限引張強度、靭性の向上が報告されている。 ^{[30] [31] [32]析出硬化型ニッケルクロム合金である} インコネルIN625は、650 ̊Cおよび800 ̊Cの高温で、鍛造IN625と同等かそれ以上のクリープ強度を示した。しかし、SLM製造のIN625は、クリープ試験条件下では延性が劣っていた。周期的な熱処理を導入することで、SLMと鍛造IN625の両方で強度が向上した。合金の追加強度の量は、一般に、γ''相（650 ̊C）とδ相（800 ̊C）のマトリックス体積率に比例した。^[31]

しかし、SLM製造合金の疲労強度と硬度は、高温で周期的な負荷を扱った場合、鋳造合金や鍛造合金に比べて大幅に劣る傾向があります。別の超合金インコネルIN718の場合、研究者は、積層造形された材料は構築方向と平行な配向を持つ大きな柱状粒子を示したのに対し、鍛造材料は顕著なテクスチャのない細粒構造を示したことを発見しました。^[33]

ニッケル超合金の SLM ベースの積層造形は、これらの合金の複雑な組成のため、依然として大きな課題を抱えています。複数の合金元素と高いアルミニウム/チタン分率を持つこれらの材料は、SLM によって固められるとさまざまな二次相を形成し、それが加工性に影響を及ぼし、構造内の弱さにつながります。

ステンレス鋼グレード 316Lは、低炭素含有量 (< 0.03%) を特徴とするオーステナイト系鉄系合金です。600 °C および 650 °C で実施した 316L 鋼の引張試験およびクリープ試験では、SLM 鋼は、鍛造鋼と比較して約 10 倍低いクリープひずみで最小クリープ速度に達することが分かりました。^[34]変形挙動の違いの主な原因は、特に最初のクリープ段階でのセル構造であると考えられており、主に材料の加工硬化能力を制限するためです。AM試験片の極限引張強度(UTS) も、ひずみ硬化がわずかであるため低くなります。^[35]

SLMで製造された材料の破壊は主に粒界で発生します。粒界損傷は亀裂につながり、その後材料の破損につながります。変形は粒界での析出物の出現によって引き起こされ、加速されます。SLM 316L鋼のより高い積層欠陥エネルギー（SFE）も、そのクリープ挙動に寄与していると考えられます。^[34]

選択的レーザー溶融プロセスに最も適したアプリケーションの種類は、一方では薄い壁と隠れた空隙またはチャネルを備えた複雑な形状と構造、他方では少量生産である。表面形状によって骨結合が強化される股関節ステムや寛骨臼カップ、その他の整形外科用インプラントなど、固体と部分的に形成された形状または格子状の形状を一緒に製造して単一のオブジェクトを作成できるハイブリッドフォームを製造する場合に利点が得られる。選択的レーザー溶融技術の先駆的な研究の多くは、航空宇宙用の軽量部品に関するものである[36]。これらの部品では、^ツールや機械加工用の表面への物理的アクセスなどの従来の製造上の制約により、部品の設計が制限される。SLM では、廃材を除去するのではなく、部品を積層してニアネットシェイプの部品を形成できる。 ^[37]

従来の大量生産技術は、セットアップ コストが比較的高い (例:射出成形、鍛造、精密鋳造)。一方、SLM は、時間的制約と設備全体の資本コストのため、現在部品あたりのコストが高くなっています。ただし、数量限定の特注カスタマイズ部品の場合、このプロセスはさまざまな用途で魅力的です。たとえば、旧式の機器や機械 (例: ビンテージ カー) のスペア/交換部品や、個々の患者向けに設計されたインプラントなどのカスタマイズ可能な製品がこれに該当します。

NASAのマーシャル宇宙飛行センターでは、 J-2XおよびRS-25 ロケットエンジン用のニッケル合金から製造が難しい部品を製造する技術を実験しており、その技術で作られた製造が難しい部品は、鍛造部品やフライス加工部品よりも多少弱いものの、弱点である溶接の必要性を回避することが多いことが示されています。^[36]

この技術は、航空宇宙、歯科、医療など、小型から中型の非常に複雑な部品を扱うさまざまな産業や、直接工具インサートや短いリードタイムを必要とする部品を製造する工具産業など、さまざまな産業向けの直接部品の製造に使用されています。この技術は、新製品の開発時間を短縮するラピッドプロトタイピングと、アセンブリと複雑な形状を簡素化するコスト削減方法としての生産製造の両方に使用されています。^[38]

中国西北工業大学は同様のシステムを使用して航空機の構造用チタン部品を製造している。^[39] EADSの調査によると、このプロセスを使用すると航空宇宙用途における材料と廃棄物が削減されるという。^[40]

2013年9月5日、イーロン・マスクは、SpaceXの再生冷却式 スーパードラコロケットエンジンチャンバーがEOS 3D金属プリンターから出てくる画像をツイートし、それがインコネル超合金で作られていることを指摘した。^[41] SpaceXは2014年5月に驚きの動きを見せ、飛行可能なバージョンのスーパードラコエンジンは完全に3Dプリントされており、完全に3Dプリントされたロケットエンジンとしては初となると発表した。ニッケルと鉄の合金であるインコネルを使用し、直接金属レーザー焼結法で付加製造されたこのエンジンは、非常に高い温度で6,900キロパスカル（1,000psi）のチャンバー圧力で稼働する。エンジンは、エンジン故障の際に障害の伝播を防ぐため、同じくDMLSでプリントされた保護ナセルに収められている。^{[42] [43] [44]}このエンジンは2014年5月に完全な適格性試験を完了し、 2018年4月に初の軌道宇宙飛行を行う予定である。^[45]

複雑な部品を3Dプリントする能力は、エンジンの軽量化目標を達成するための鍵でした。イーロン・マスクによると、「これは非常に複雑なエンジンであり、すべての冷却チャネル、インジェクターヘッド、スロットル機構を形成するのは非常に困難でした。非常に高強度の先進合金をプリントできることは、スーパードラコエンジンをそのまま作成するために不可欠でした。」^[46] スーパードラコエンジンの3Dプリントプロセスは、従来の鋳造部品と比較してリードタイムを大幅に短縮し、「優れた強度、延性、破壊耐性を備え、材料特性のばらつきが少ない」^[47]

また、2018年には、FDAがSLM法を用いてチタンから作られた初の3Dプリント脊椎インプラントを承認しました。^[48]

• 航空宇宙– 特定の航空機器を保持するエアダクト、固定具、マウント。レーザー焼結は、商業用および軍事用の航空宇宙のニーズに適合します。
• エネルギー– レーザー溶融は、革新的なポンプインペラ、高圧反応器、入手困難なスペアパーツの製造に使用できます。
• 製造– レーザー焼結は、競争力のあるコストで少量生産のニッチ市場にサービスを提供できます。レーザー焼結は規模の経済性に依存しないため、バッチサイズの最適化に重点を置く必要がありません。
• 医療– 医療機器は複雑で価値の高い製品です。顧客の要求に正確に応えなければなりません。これらの要求は、オペレーターの個人的な好みから生じるだけではありません。地域によって大きく異なる法的要求や規範にも従う必要があります。このため、提供されるバリエーションは多様化し、少量になります。さらに、インプラントを製造するための生分解性金属の付加製造に関する研究はますます人気が高まっています。^[49]
• プロトタイピング– レーザー焼結は、設計および機能プロトタイプの作成に役立ちます。その結果、機能テストを迅速かつ柔軟に開始できます。同時に、これらのプロトタイプを使用して、潜在的な顧客の受け入れ度を測定できます。^[50]
• 工具– 直接加工により、工具パスの生成やEDMなどの複数の加工工程が不要になります。工具インサートは一晩、あるいは数時間で製作できます。また、設計の自由度を利用して、例えば工具にコンフォーマル冷却チャネルを組み込むことで、工具の性能を最適化することもできます。 ^[51]

• キャビティ、アンダーカット、ドラフト角度のある部品
• フィット、フォーム、機能モデル
• 工具、固定具、治具
• コンフォーマル冷却チャネル
• ローターとインペラー
• 複雑な括弧^[52]

レーザー溶融は化学構造（純金属、その酸化物および炭化物）と物理的構造（均質、合金、複合材料、金鉄合金、金コバルト合金、金ニッケル合金）を生成することができる。^[53]

選択的レーザー溶融または付加製造は、ラピッド マニュファクチャリングまたはラピッド プロトタイピングとも呼ばれ、機械加工、鋳造、金属の鍛造などの従来の方法と比較すると、比較的ユーザーが少なく、初期段階にありますが、この技術を使用している人々は非常に熟練しています^{[ウイズル ワード]}。他のプロセスや方法と同様に、選択的レーザー溶融は手元のタスクに適合している必要があります。航空宇宙や整形外科などの市場では、製造プロセスとしてこの技術を評価しています。受け入れの障壁は高く、コンプライアンスの問題により、認証と資格認定に長い時間がかかります。これは、競合システムのパフォーマンスを測定するための完全に形成された国際標準がないことで実証されています^{[いつ? ]}。問題の標準は、ASTM F2792-10 付加製造技術の標準用語です。^{[引用が必要]}

SLSの使用は、プラスチック、ガラス、セラミック、金属などのさまざまな材料に適用されるプロセスを指します。^[54] SLMが他の3D印刷プロセスと異なるのは、粉末を特定の点まで加熱して粉末粒子が融合するのではなく、粉末を完全に溶融する機能であり、材料の多孔性を制御できます^{[引用が必要]}。一方、SLMはSLSよりも一歩進んで、レーザーを使用して金属を完全に溶融します。つまり、粉末は融合されるのではなく、粉末粒子が均質な部品に溶けるのに十分な時間液化されます。したがって、SLMは多孔性が低く、結晶構造をより細かく制御できるため、部品の破損を防ぐのに役立つ、より強力な部品を製造できます^{[引用が必要]}。さらに、格子不整合が最小限に抑えられ、結晶面に沿った原子のパッキングが類似しており、熱力学的に安定している特定の種類のナノ粒子を金属粉末に導入して、結晶粒微細化核として機能させ、亀裂のない等軸の微細粒微細構造を実現することができる。^[55]ただし、SLMは単一の金属粉末を使用する場合にのみ実行可能です。^[要出典]

SLM には、従来の製造技術に比べて多くの利点があります。最も明らかな利点は、特別なツールが不要で、数時間で部品を製造できるため、ユニークな部品を迅速に製造できることです。

SLM は、生産に使用されている数少ない積層造形技術の 1 つでもあります。コンポーネントは層ごとに構築されるため、鋳造や他の機械加工では不可能な内部機能や通路を設計できます。複数のコンポーネントを含む複雑な形状やアセンブリは、より軽量で部品数が少なく、よりコスト効率の高いアセンブリに簡素化できます。DMLS は鋳造のような特別なツールを必要としないため、短期間の生産に適しています。

SLM プロセスが環境に与える影響には、さまざまなコンポーネント、環境、材料に関する考慮事項があります。まず、500 を超える部品で構成されるプリンターの製造に使用された総エネルギーは、標準的な Renishaw AM250 の場合、約 124,000 MJ になります。^[56]最も重要な材料は鋼であり、100% リサイクル可能であることに留意することが重要です。^[57]リサイクル性を真に活用するには、すべての鋼部品が寿命を迎えたときに分解して適切に廃棄されるように、クレードル ツー クレードル アプローチを実装できます。プリンターで最もエネルギーを消費するのは電気の使用であることが多く、高出力レーザー、チラー、構成、部品の分離がすべてこれに寄与しています。部品の容積が少ない、アクティブ時間が多い、アクティブアイドル時間が多い (冷却装置が稼働している)、 放電加工 (EDM)はすべて、エネルギー使用量を増加させます。使用中の現場でのエネルギー消費量は、多い場合で部品 1 個あたり約 640 MJ ですが、より効率的な使用では部品 1 個あたり約 40 MJ です。この中で、環境への配慮を最適化できる主な要因は、ガスや石炭から作られる電気ではなく、完全に再生可能なエネルギーを使用することです。ライフサイクル全体の総エネルギーを考えると、エネルギー集約型では効率の低い印刷プロセスで部品 1 個あたり合計 2400 MJ 以上になりますが、より効率的なプロセスでは部品 1 個あたり 140 MJ まで低くなる可能性があります。最終的に、製造されるすべての部品を考慮した総総エネルギーは多くの要因に依存しますが、印刷段階、より具体的には長いアイドル時間および EDM による後処理部品の取り外し中にほぼ常に支配的になります。例外は、機械が常に使用されているわけではなく、使用頻度が低い研究環境です。この場合は、一次処理および製造からのエネルギーが支配的になります。

輸送コストは製造工場や消費者によって異なりますが、これらの値は SLM ライフサイクルの他の大きな影響部分と比較すると無視できるほど小さい (<1%) ことがよくあります。無視できるが変化することがあるその他の要因には、不活性ガスの使用、材料 (粉末) の廃棄、使用される材料、霧化、機械部品の廃棄などがあります。

製造される部品とその用途に応じて、SLM は複雑な寸法のより軽量な部品の製造に役立ちます。これにより、エネルギー集約型の後処理加工 (EDM やコンピュータ数値制御 (CNC) 加工など) が削減され、部品の重量が減ります。^{[58] [59]}多くの場合、直接比較するには、2 つの異なるプロセスで製造された部品を見るしかありません。一例として、インベストメント鋳造と SLMで製造されたタービンブレードがあり、同じ部品の製造にそれぞれ 10853.34 kWh と 10181.57 kWh が使用されました。^[60]また、従来の製造では 7,325 kgCO _{2 の}排出量がありましたが、AM では 7,027 kgCO ₂の排出量がありました。つまり、この特定のシナリオでは AM が 4% 有利であり、これは世界中の 25,578 機の航空機に対して大きな効果となる可能性があります。^[61]もう一つの例は、油圧バルブボディによる1kgの軽量化で、従来の製造方法と比較して軽量設計と材料の削減により、ジェット燃料24,500Lと_CO2排出量63トンの削減が見込まれています。 ^[59] SLMは、原材料の使用量削減、ツールの複雑さの低減、部品の軽量化の可能性、ほぼ完璧な最終形状、オンデマンド製造などにより、より持続可能な選択肢となることがよくあります。^[62]

サイズ、特徴の詳細、表面仕上げ、およびZ 軸のプリントスルー寸法エラー^{[明確化が必要]の側面は、このテクノロジを使用する前に考慮する必要がある要素である可能性があります。 [誰が言ったのですか? ]} ただし、材料を配置するときにほとんどの特徴が x 軸と y 軸に構築されるマシンで構築を計画することにより、特徴の許容差を適切に管理できます。通常、鏡面仕上げまたは非常に滑らかな仕上げを実現するには、表面を研磨する必要があります。

生産ツールの場合、完成部品またはインサートの材料密度は、使用前に対処する必要があります。^{[誰によると? ]} たとえば、射出成形インサートでは、表面の欠陥があるとプラスチック部品に欠陥が生じるため、問題を防ぐために、インサートは金型のベースと温度や表面と結合する必要があります。^{[引用が必要]}

使用される材料システムに関係なく、SLMプロセスでは、「粉末の粒子サイズ、層状の構築順序、および[粉末分配機構による焼結前の金属粉末の拡散]」により、粒状の表面仕上げが残ります。 ^[63]

生成された部品の金属サポート構造の除去と後処理は時間のかかるプロセスであり、 RP マシンと同じレベルの精度を持つ機械加工、EDM、および/または研削盤の使用が必要になる場合があります。^{[引用が必要]}

SLMで製造された部品の浅い表面を溶融するレーザー研磨は、高速移動するレーザービームを使用して「表面の山を溶融させるのに十分な熱エネルギー」を提供することで表面粗さを減らすことができます。その後、溶融した塊は表面張力、重力、レーザー圧力によって表面の谷に流れ込み、粗さが減少します。^[63]

ラピッドプロトタイピングマシンを使用する場合、バイナリ形式の生のメッシュデータ（Solid Works、CATIA、またはその他の主要なCADプログラムから生成されたもの）以外は何も含まれていない.stlファイルは、.cliファイルと.sliファイル（非ステレオリソグラフィーマシンに必要な形式）にさらに変換する必要があります。^[64]ソフトウェアは.stlファイルを.sliファイルに変換しますが、プロセスの残りの部分と同様に、このステップに関連するコストが発生する可能性があります。^{[引用が必要]}

SLM装置の典型的な構成部品には、レーザー光源、ローラー、プラットフォームピストン、取り外し可能なビルドプレート、供給粉末、供給ドーズ（ピストンなど）、光学系とミラーなどがある。^[65]ほとんどのプラットフォームの典型的なビルドエンベロープは（例えば、EOS M 290 ^[66]の場合）250 x 250 x 325 mmで、一度に複数の部品を「成長」させる機能がある。^{[説明が必要]}

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• 「選択的レーザー溶融の仕組み」THRE3D.com。2014年2月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年2月11日閲覧。
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