IPB上海粉末展示会ツアーが北京で開催され、金属3Dプリント粉末の準備とテスト技術を交換しました。

2018年4月20日、IPB上海粉体展示会北京ツアー（中国粒子科学会、ニュルンベルク展示会（上海）有限公司主催）が北京で開幕した。同イベントには、国家付加製造標準化技術委員会の李海斌書記、西北非鉄金属研究所の朱継雷教授ら専門家が招かれ、3Dプリントプロセスにおける球状金属粉の準備要件、テスト、スクリーニングなどのテーマについて、専門的分析や業界交流が行われたと報じられている。従来の減算製造方法と比較して、3D プリントでは金属材料の無駄がほとんど発生せず、この「付加製造」の直接成形特性により、生産プロセスにおける設備の問題が大幅に軽減されます。金属粉末材料は金属 3D プリントの原料であり、粉末の基本特性は最終的な成形品の品質に大きな影響を与えます。粉末に対する金属 3D プリントの要件は、主に化学組成、粒子形状、粒子サイズと粒子サイズ分布、流動性、リサイクル性などです。粉末の準備プロセスは、近年 3D プリントのホットな話題になっています。このイベントは、3D プリントと粉末調製の間の技術的分析にとって大きな意義を持ちます。
金属粉末は粉末床積層造形の唯一の原料であり、その特性によって積層造形プロセスと製品の性能が決まります。航空宇宙、国防、生物医学の分野で使用されている粉末床積層造形技術では、粉末の物理的および化学的特性に対する要件が非常に厳しく、現在、使用されている球状金属粉末の原材料は大量に輸入されています。当社が注力しているのは、金属粉末原料の粉末床積層造形法の要件、国内技術、産業発展です。
フォーラムでは、西北非鉄金属研究所の朱継雷教授を招き、回転電極噴霧粉砕（PREP）技術で製造した球状金属粉末の性能と、PREPプロセスパラメータが粉末の性能に与える影響を分析しました。積層造形用の多孔質粉末の制御要件を考慮して、ガス噴霧、回転電極噴霧、プラズマヒューズ噴霧の3つの一般的なプロセスで製造した球状チタン合金粉末の内部気孔特性を比較分析しました。結果、回転電極噴霧で製造した球状チタン合金粉末は気孔率が低いことが示されました。ロッドの直径とロッドの回転速度を制御することで、酸素含有量が少なく気孔率の低い高品質の球状金属粉末を得ることができます。
積層造形を実現するには多くの技術的方法がありますが、加工メカニズムは基本的に同じです。つまり、材料は高エネルギー熱源の作用で急速に溶解します。作用時間が非常に短いため、溶融金属はマトリックスの冷却作用で急速に凝固し、特定のスキャン領域での成形を実現します。積層造形製品の性能は、熱源の特性、材料特性、プロセスパラメータによって決まりますが、熱源の種類と粉末供給方法は、さまざまな積層造形技術を区別する最も基本的な要素です。
積層造形プロセスに影響を与える主な要因
①熱源<br /> 金属積層造形の分野では、最も成熟した熱源はレーザーと高エネルギー電子ビームです。電子ビームとレーザーの動作原理は異なります。電子ビームの加熱方法は、高エネルギー電子がターゲット材料の表面から一定の深さまで通過し、ターゲット材料の原子にエネルギーを伝達し、それによってターゲット材料の原子の振動を強め、電子の運動エネルギーを熱エネルギーに変換することです。レーザーの加熱方法は、ターゲット材料の表面が光子エネルギーを吸収し、レーザーがターゲット材料の表面を通過しないことです。材料の製造プロセス中、熱源の電力と走査速度は通常一定であり、つまり、材料に作用するエネルギー密度は一定であり、熱源の効果は材料の熱源の吸収性能によって直接決定されます。材料による熱源エネルギーの吸収は、両者の作用メカニズムや材料の表面状態などの要因によって決まります。最も一般的に使用されるレーザー熱源の場合、レーザー光エネルギーの吸収は、波長、照射される材料の反射率、エネルギー密度に関係しています。成形プロセス中、材料の表面状態やサイズなどの要因は、レーザーに大きな制限効果をもたらします。電子ビームは、その作用メカニズムが異なるため、付加製造プロセスにおいてレーザーよりも優れた適応性を示します。

②材料粉末材料は現在、金属積層造形に最も一般的に使用されている材料です。金属粉末は、金属部品の積層造形産業チェーンにおいて最も重要な要素であり、最大の価値が生まれる部分でもあります。金属粉末材料は、粉末冶金業界で一般的に使用されています。粉末冶金成形は、粉末を予備成形し、高圧高温条件下で仕上げるプロセスです。プロセス全体を通じて、材料の物理的冶金変化は比較的遅く、材料が溶融、拡散、反応するのに十分な時間があります。粉末冶金処理中の温度と圧力の制限により、ワークピースの密度を確保するために、使用する粉末材料が成形キャビティを可能な限り完全に満たす必要があります。粉末冶金プロセスの技術的特徴を考慮して、比較的完全な一連の粉末評価方法と標準が開発されており、粒子サイズ、比表面積、粒度分布、粉末密度、流量、ゆるい密度、多孔度など、粉末材料の性能を測定するために使用できる比較的完全な指標があります。粉末冶金においては、粉末流動性やタップ密度などの指標が、粉末冶金で使用される粉末材料を測定するための重要な指標となります。

積層造形プロセスと粉末冶金プロセスには明らかな違いがあります。熱源の作用下での粉末材料の冶金変化は非常に急速です。成形プロセス中、粉末材料は熱源に直接作用します。粉末材料は金型によって拘束されず、外部からの持続的な圧力を受けません。一般的に、直径 1 mm 未満の粉末材料が積層造形に適しており、粒径が約 50 μm の粉末材料の方が成形性が優れていると考えられています。粉末冶金業界と比較すると、中国では現在、粉末材料と積層造形プロセスの適用性を判断するための成熟した評価方法や標準が存在しない。積層造形に使用される粉末の関連する評価方法と指標については、さらに深い研究と検討が必要である。

③技術プロセス<br /> 粉末散布法では、熱源がまず粉末に作用します。粉末と成形領域との間の十分な冶金結合を確保するには、加工中の溶融池の深さと大きさが適切な範囲内にあることを確認する必要があります。同期粉末供給を採用する場合、同軸粉末供給であれ横方向粉末供給であれ、熱源が材料に与える影響は、成形領域に作用する部分と粉末材料に作用する部分の 2 つに分けられます。粉末は移動中に熱源によって一定の温度まで加熱された後、自身の運動エネルギーの作用により成形領域に押し込まれます。成形プロセス全体は、比較的高エネルギーの粉末材料が溶融領域に衝突するプロセスに相当します。この方法は、粉末散布法よりも製品の密度を向上させるのに役立ちます。

会議中、ドイツのSynpatek GmbHのGeng Jianfang博士、Verder Scientific Instruments Co., Ltd.のYe Shangyou氏、英国のFreeman Technologies Ltd.のZhang Zhijun氏も、3Dプリントアプリケーション分野における粉体技術に関する素晴らしい報告を行いました。

Antarctic Bear は現場で重要なことを感じました。3D プリント分野における粉末材料の特性評価システムは、まだ十分に完璧ではないということです。機器テストを通じて、球形度や粒度などの要素に加えて、表面突起の形状や酸素や水素元素の含有量などの要素も金属 3D プリントの品質と性能に大きく影響することがわかります。

IPB上海国際粉体展示会は毎年秋に上海で開催され、主に中国と海外の粉体業界の相互交流と協力、企業と協会間の交流とコミュニケーションのプラットフォームを構築し、企業が新しいビジネスを拡大し、新しい市場を開拓するための豊富な情報とビジネスチャンスを提供することに取り組んでいます。これまで15回にわたって成功裏に開催され、第16回は2018年10月17日から19日まで上海世界博覧会展示コンベンションセンター（上海市浦東新区博城路850号）で開催されます。

IPB上海粉末展示会ツアーが北京で開催され、金属3Dプリント粉末の準備とテスト技術を交換しました。

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