Ti6A14V チタン合金: DMLS 3D プリントサンプルを静的荷重下でテスト

金属の3Dプリントが産業ユーザー向けに世界中で拡大し続ける中、粉末、特殊合金、さまざまな複合材料などの材料の研究も進化しています。この研究では、最近発表された論文「静的荷重条件下での付加製造法を使用して製造された Ti6A14V チタン合金の強度分析」の調査結果を概説しており、研究者らはチタン合金 Ti6Al4V の使用と、直接金属レーザー焼結 (DMLS) による印刷後のその機械的特性の包括的な分析に焦点を当てました。

多くの用途において、3D プリントと付加製造プロセスの利点は、歯科インプラント、ロケットエンジン部品、自動車部品などのデバイスを作成する従来の方法を上回っています。手頃な価格で提供できることは重要ですが、多くのユーザーがこれまで入手できなかった部品を作成できるようになること、さらに注目すべきは、廃止された古い部品をスキャンして 3D プリントで再作成できるオプションがあることも重要です。 (自動車や軍事用途で特に役立ちます)。

インプラントなどの医療機器は、次のような利点があるため、多くの場合合金で作られています。

高い機械的特性
低密度
耐腐食性
生体適合性

テストサンプルサイズ。
金属を扱う場合には、機械的特性が向上するため熱処理が一般的に行われます。熱間等方圧加圧法（HIP）などの方法がよく使用されます。しかし、この研究では、研究者らは DMLS 付加製造技術を使用してサンプルを作成し、その実行可能な機械的特性をテストしました。

調査したサンプルの物理的形状: (a) タイロッドから反転したもの、(b) 付加的な DMLS によって製造されたもの。
チームは、焼きなましされた引抜棒（直径 12 mm）の形でサンプルを作成し、サンプルの 1 セットは EOS M280W マシンで DMLS によって作成され、その後焼きなましされました。

「印刷プロセスは、レーザー出力200W、最小層厚30μm、最大スキャン速度7m/sというパラメータによって特徴付けられました。サンプルの印刷方向はZ軸と一致していました」と研究者らは説明した。

サンプルはDMLS法で1層塗布されました。
最初のサンプルの強度は比較すると低いことがわかりましたが、硬度に関連する値は異なっていました。

「結果の違いは、サンプルが添加剤技術を使用して準備された方法と、サンプルが受けた外部負荷に関連している」と研究者らは述べた。

「x平面における無負荷サンプルの硬度値はわずかに変化しており、DMLS法で製造された材料は同様の機械的特性を持つことを示しています。」

硬度試験用サンプル: (a、b) 引張棒からのサンプル、(c、d) 引張試験前に DMLS 法を使用して準備されたサンプル、(e、f) 引張試験後に DMLS 法を使用して準備されたサンプル。
研究チームはまた、この場合、硬度の変化（xyとxzの間）は、材料粒子の3Dプリントと軸方向の荷重による変形によるものである可能性もあると指摘した。

サンプルの DMLS マクロ構造のテストでは、引張荷重に関連する明らかな変化が示され、これも 3D プリントと材料層のセットアップおよび方向のパラメータに起因する可能性があることが示唆されました。研究者らは、引張荷重の前後のマクロ構造を比較し、その後塑性変形が発生し、それが荷重線によって引き起こされたことが明確に確認できることを発見しました。

チタンは現在、多くの 3D 印刷および付加製造プロセスで使用されているため、複合材料での使用から、胸骨や股関節インプラントなどの医療機器、ガラスの印刷などに至るまで、この素材は常に研究の対象となっています。

DMLS 積層造形法で製造された Ti6Al4V 材料のマクロ構造。(a) Z 軸に沿ったサンプル、(b) サンプルのクランプ部分、(c) 張力時のサンプル内の力線の分布。I – 張力により材料構造が大きく変化する領域、II – 遷移領域、III – 張力の影響が限定的な領域。
塑性変形可能な 2 相 α+β チタン合金の相変態温度範囲 α+β→β における 2 相微細構造形成の模式図 (変形度 ε の関数として)。

編集：dprint.com