研究者らは、X線とレーザー鋳造技術を用いて超強力なステンレス鋼の3Dプリントを開拓した。

研究者らは、X線とレーザー鋳造技術を用いて超強力なステンレス鋼の3Dプリントを開拓した。
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-10-21 16:31 に最後に編集されました

南極のクマの紹介: 3D プリントは、デジタル モデルを使用して 3 次元オブジェクトを層ごとに構築するテクノロジーです。金属合金は印刷プロセス中に劇的な温度変動を経験するため、印刷プロセスは特に複雑になります。

△ 強化された 3D プリント技術により、17-4 PH ステンレス鋼を製造できるようになり、強度と耐腐食性が最適化されました。この成果は、複雑な合金の付加製造における大きな前進を示すものである。
2024年10月21日、南極熊は、科学者がX線技術を利用して、優れた強度と耐久性を備えた17-4PHステンレス鋼の開発に成功したことを知りました。この成果は、3Dプリントの分野における大きな進歩を示しています。

17-4 PH ステンレス鋼は、その優れた強度と耐腐食性により、産業機械、船舶、航空宇宙、医療機器に広く使用されています。しかし、この高性能材料を 3D 印刷技術で複製するのは困難であり、レーザー加熱によって引き起こされる急激な温度変化を正確に監視し、材料の結晶構造を微妙に調整する必要があります。最近の研究の進歩により、17-4 PH モジュールの生産コストが削減され、製造プロセスの柔軟性が向上しました。

△研究論文のタイトルは「相転移速度論が付加製造合金開発を導く」(ポータル)
ステンレス鋼の3Dプリントのブレークスルー

歴史的に、3D プリンティングは、主にレーザー加熱プロセス中にこれらの材料が経験する急激な温度変化のために、鋼鉄やその他の合金の加工において問題に直面してきました。これらの劇的な変化は原子構造の破壊につながり、それが材料の靭性に影響を与える可能性があります。しかし、科学者たちは現在、高輝度X線ビームを使用してこれらの変化をリアルタイムで監視し、それに応じて材料の化学組成を調整してこれらの影響を補い、最終製品の耐久性を大幅に向上させることができるようになりました。

△研究者らは、その場での高速、高エネルギー、高解像度のX線回折によって明らかにされた相変態ダイナミクスに基づいて、析出硬化ステンレス鋼の製造戦略を採用した。
付加製造におけるイノベーション

研究者らは、アルゴンヌ国立研究所の米国エネルギー省科学局ユーザー施設である先進光子源(APS)からの高輝度X線ビームを使用して、17-4 PHステンレス鋼の3D印刷プロセスを監視することができました。研究チームは高エネルギーX線回折法を用いることで、物質が加熱・冷却される様子を数ミリ秒ごとに画像として撮影することができた。これらの画像は、プロセスパラメータの変化と結晶構造の変化との相関関係を明らかにしています。さらに、本研究で開発された技術は、3D プリントを通じてさまざまな材料の特性を最適化し、その性能をさらに向上させる方法をより深く理解するための重要な基盤を提供します。

△金属3Dプリントのプロセス中、材料の性能に影響を与える可能性のある内部欠陥(熱亀裂や気泡など)を研究・特定するために、研究者らはマイクロトモグラフィー技術を使用してこれらの欠陥の3D画像を取得しました。さらに、研究者らはAPSの小角X線散乱技術を使用してナノ析出物の特性を評価しました。これらの小さな構造異常は、プリントされたステンレス鋼部品の最終的な強度に大きな影響を与えます。開発された方法は、メーカーが世界で最も強靭な材料の一部を持続可能かつコスト効率の高い方法で生産するのに役立つと期待されています。

この研究は、国立科学財団 (NSF) とウィスコンシン大学マディソン校のスタートアップ基金によって支援されました。この研究では、ウィスコンシン大学マディソン校ナノテクノロジー研究センターの施設が活用され、リソースの一部はウィスコンシン大学材料研究科学工学センターを通じて国立科学財団から提供されました。さらに、研究チームは、米国エネルギー省科学局のユーザー施設であるAdvanced Photon Sourceも利用した。



金属、ステンレス鋼、監視、テクノロジー

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