DEDより20倍速く、鋳造や鍛造品を置き換えることができ、コールドスプレー技術は大型チタン部品の製造に使用されています

GE社のコールドスプレー技術やオーストラリアのTitomic社のコールドスプレー技術をはじめ、製造分野でコールドスプレー技術が利用されることは珍しくありません。他にはプラズマ技研やイノバティなどがある。米国カリフォルニア州に本社を置く Inovati は、世界で最も古く、最も成功した低圧コールドスプレー装置メーカーの 1 つです。 Titomic の Kinetic Fusion コールドスプレー技術は、指向性エネルギー堆積法 (DED) よりも 20 倍速く、工業規模で 3D プリントできるチタン部品を生産します。この技術はチタン粒子を超音速で加速し、9 x 3 x 1.5メートルの大きさの部品の製造に使用でき、材料コストを大幅に削減できます。

Titomic Kinetic Fusion プロセスは、2010 年にオーストラリア連邦政府機関 CSIRO (連邦科学産業研究機構) と Force Industries によって開発されました。Titomic の新しい金属 3D 印刷プロセスは、コールドスプレー技術を使用して、既存のコーティング技術に基づいた新しい固体付加製造プロセスを研究開発します。CSIRO が特許ライセンスを取得した後、Titomic は技術を商業化するために設立されました。

Titomic Titanium Kinetic Fusion の堆積速度はどのくらいですか?同社によれば、これは、Sciaky の現在のワイヤ供給電子ビーム溶融 (EBAM) 技術を含む、現在最も高速な DED プロセスよりも少なくとも 5 倍高速です。

金属粉末は窒素またはヘリウムを使用して超音速まで加速され、1 時間あたり最大 45 kg の材料の堆積速度を生み出します。 Titomic が製造できる部品の場合、構造部品の従来の処理時間は 200 時間に達することがありますが、Titomic のコールドスプレー処理は 6 時間以内に完了します。比較すると、EBAM は 1 時間あたり 20 ポンドの材料を堆積でき、粉末供給 DED は 1 時間あたりほぼ 10 ポンドに達し、Norsk Titanium などのワイヤ供給 DED 技術は 1 時間あたり 2 ポンドに達します。

Titomic のプロセスの最も重要な利点は、単に材料が環境に耐えられるという点だけではありません。チタンは地球上で最も豊富な金属の一つであると考える人もいるかもしれませんが、高価です。コストが高い理由の 1 つは、チタンを抽出するためのクロール法に関係しています。この要求の厳しいプロセス手順には、抽出、精製、スポンジ製造、合金製造、成形、成型が含まれます。

ティトミック社の最高技術責任者ジェフリー・ラング氏によれば、オーストラリアにはチタンを含む鉱物砂の資源が豊富にあるという。非常にエネルギーを消費するクロール法を経ずに、鉱石砂から直接チタン粉末をコスト効率よく生産できるプロセスがいくつかあります。さらに、現在のプロセスでは、チタンの抽出から棒を生成し、その後それを霧化して再び粉末にするという、非常にエネルギーを消費するプロセスとなっています。競争力を高めるには、積層造形用のチタン粉末のコストを現在の 300 ドル/kg から 20 ～ 50 ドル/kg 程度に下げる必要があります。

AM 用のチタン粉末が現在非常に高価であるもう一つの理由は、噴霧プロセスの非効率性に関係しています。 3D Science Valley は、粉末抽出率の低さが業界でよく見られるボトルネックであることを知りました。また、Titomic によると、ほとんどの噴霧粉末 (最大 80%) は、不純物や粒子サイズの不完全さのため、付加製造プロセスには使用できないとのことです。これは、生産量が不安定で、価格が高止まりし、需要が満たされないことを意味します。これは現在、医療や航空宇宙などの高付加価値アプリケーションでは大きな問題ではありませんが、他の分野での大量生産における AM の広範な採用を制限しています。

ティトミックは 69 社ものチタン粉末サプライヤーおよび製造業者に連絡を取りましたが、付加製造に使用されるチタン粉末は、これらの粉末製造業者の収益のわずかな部分を占めるにすぎません。ほとんどの製造業者は、付加製造用のチタン粉末を毎年約 10 万ドル販売していますが、粉末製造設備は数百万ドルかかる場合があります。

チタン粉末の必要性を減らすために、ティトミックの技術では、粗いチタン粉末を使用して 9 x 3 x 1.5 メートルの部品をすでに生産できます。実際のところ、サイズには固有の制限はありません。熱を加えないので、部品が歪んだり剥離したりすることはありません。鍛造設備のコストは 1 台あたり約 2,000 万ドル以上かかることを考えると、これは鍛造と比較した単なる機械加工の利点以上のものです。ティトミックは、自社のシステムが金属の鋳造や鍛造品に取って代わることができると主張している。

出典: 3Dサイエンスバレー

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