リサイクル金属3Dプリント粉末のリサイクル

出典: 広西付加製造協会

研究者たちは、最近発表された 3D 印刷用途の未使用およびリサイクル金属粉末の XPS、XRD、および SEM 特性評価で金属粉末を研究しています。 3D プリンティング分野ではリサイクルが依然として課題となっており、欠陥やその他の構造上の問題により製品が廃棄されることがよくあります。可能な限り多くの材料を再利用し、世界中の製造プロセスのフットプリントを削減する必要があることは明らかですが、品質、パフォーマンス、機能性も重要です。

バージン粉末 (左) とリサイクル粉末 (右) を撮影した SEM 画像。リサイクル粉末の SEM 画像 (20 m および 10 m ズーム) には、細長い粒子、表面のサテライト、スパッタ、結合粒子、不規則な形状の粒子が示されています。
この研究では、選択的レーザー溶融プロセスにバージン原材料とリサイクルされたステンレス鋼 316L を使用しました。研究者らは、X線光電子分光法（XPS）、走査型電子顕微鏡（SEM）、X線回折（XRD）、レオロジー分析を使用して、両方の粉末の表面と微細構造を特徴付けました。研究者らは、2種類の粉末を検査・比較するだけでなく、リサイクル粉末にさらなる機械的強度が必要な場合には、バージン粉末を添加剤として使用することも検討している。

再現性を保証するために、両方の特性評価研究が実施され、SEM の結果では、SLM プロセス後の粉末はわずかに異なり、リサイクルされた粉末では表面にサテライトが多く見られ、汚染も多くなっていることが示されました。リサイクル粉末には結合した粒子も見られ、変形した粒子もいくつかありました。

「リサイクルされた粉末には、細長い粒子、衛星表面、飛散物、結合した粒子、不規則な形状の粒子など、いくつかの特徴が観察された」と研究者らは述べた。「全体的に、リサイクル粉末の形態には大きな変化は見られませんでした。しかし、XPS 特性評価により、特にリサイクル粉末の粉末表面に存在するさまざまな元素をより明確に特定できました。」

バージン粉末 (上) と再生粉末 (下) の XPS 測定バージン粉末と再生粉末の XRD 分析 XPS 測定ごとの酸素含有量は 27.04% から 34.19% に増加し、吸収量は粉末収率に依存します。炭素含有量は 56% から 45.55% に減少しましたが、これはおそらく表面に金属酸化物が多く存在したことによるものと考えられます。研究者らは、酸素に対してより強い電気陰性度を持つ金属粉末の中には、粉末の外表面に拡散し、SLM プロセス中に酸素を吸収するものがあることに気付いた。

「表面にGe（5.22％）やSb（2.86％）などの重金属が存在していたことも驚きであり、さらに調査中である」と研究者らは述べ、5サイクル後に元の粉末と再利用した粉末を混ぜることを提案した。

「SEM画像では、リサイクル粉末を使用した衛星が増えていることが示され、XPS測定では金属酸化物の表面もわずかに増加していることが示された。表面で最も増加したのは酸素で、27.04％から34.19％に増加したと研究者らは結論付けた。」

「XRD の結果から、リサイクルされたオーステナイト系ステンレス鋼の相は、元の粉末と比較して変化がないことがわかりました。リサイクルされた粉末には追加のフェライト BCC ピークはなく、SLM プロセス後の汚染と相変態が少ないことを示しています。」

3D プリンティングにおける材料研究が進歩するにつれ、研究者は銅からチタン、金属ポリマーに至るまで金属に注目しています。

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