米国は積層造形技術を用いて、初めて傾斜複合部品のワンステップ成形を実現した。

米国は積層造形技術を用いて、初めて傾斜複合部品のワンステップ成形を実現した。
最近、米国のワシントン州立大学は、3Dプリント技術を初めて使用して、2つの異なる材料で構成される勾配複合材料構造を1つのステップで形成しました。これにより、製造プロセスを効果的に短縮し、複数の材料を使用した複雑な部品を迅速に製造できるようになりました。研究結果は、学術誌「Additive Manufacturing」の5月号に掲載されました。

金属セラミック傾斜複合材は、金属とセラミックの特性の利点を備えており、セラミック側では硬度が高く、耐摩耗性と耐腐食性に優れ、金属側では延性、熱伝導性、電気伝導性に優れています。金属セラミック傾斜複合材を製造する従来の方法は、プレスと焼結ですが、時間のかかる複数のステップを必要とするだけでなく、金属セラミック遷移領域を制御することもできません。粉末床ベースの付加製造プロセスは金属セラミック傾斜材料の製造に使用できますが、この方法では処理中に複数のステップ(粉末の事前混合や変換など)が必要になり、非効率的です。さらに、セラミックと金属材料の熱伝導率と熱膨張係数には大きな違いがあるため、積層造形法を使用して金属セラミックの傾斜構造を製造するには、依然として多くの困難が伴います。

レーザー エンジニアード ネット シェーピング (LENSTM) は、レーザー ビームをエネルギー源として使用して基板上に溶融池を形成し、その上に粉末を供給する直接エネルギー堆積積層造形技術です。この技術は、金属およびセラミック材料、バイメタル材料、高硬度セラミックコーティングの製造に使用できます。研究者らは、LENSプロセスを使用して、Ti6Al4V合金、Ti6Al4V + Al2O3複合材料、および純粋なAl2O3セラミックのさまざまな断面で構成される金属セラミック勾配構造を製造し、Ti-Al2O3勾配構造の断面の微細構造特性評価、相分析、元素分布、および微小硬度測定を実施しました。結果は、各部品が独自の微細構造と相を持っていることを示しました。

さらに、研究者らはLENSプロセスを使用してニッケル・クロム・銅の勾配構造も生成しました。ニッケル基耐熱合金インコネル718は、ガスタービンやロケットエンジンに広く使用されている耐高温腐食性材料です。この材料は耐高温性に優れていますが、熱伝導率は低いです。 GRCop-84 をインコネル 718 に堆積させることで、インコネル 718 の高温での高強度を維持しながら、インコネル 718 の熱伝導性が向上します。純粋なインコネル718合金と比較して、熱拡散率は250%増加し、電気伝導性は300%増加し、航空機エンジンの寿命と燃料効率を改善し、次世代の航空宇宙構造部品の製造のための新しいマルチマテリアル金属付加製造の可能性を切り開きます。

出典:北方科学技術情報研究所

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