3D Lab、高品質の積層造形用粉末を製造する超音波霧化技術で米国特許を取得

2024年9月19日、Antarctic Bearは、ポーランドの先進的な金属噴霧技術企業である3D Labの最新の革新技術「超音波噴霧による重金属粉末の製造方法と装置」が米国特許を取得したことを知りました。
3D Lab、超音波霧化技術で米国特許を取得（中国特許は取得済み）
この特許は、3D Labが最近申請した一連の特許の中で最新のものであり、金属粉末製造技術に関する中国の特許に続くものである。 3D Lab の ATO シリーズ超音波金属アトマイザーは、この特許取得済みの粉末製造技術の中核です。このシリーズのアトマイザーは、精密に制御された粒子サイズ、優れた流動性、低酸素含有量を備えた高品質の球状金属粉末を製造できます。これは、積層造形やさまざまな産業用途にとって重要です。
ATOテクノロジーの原理
ATO 技術の原理は、無酸素チャンバー内の電気プラズマアークで金属線または棒を溶かし、超音波振動を使用して溶融金属を小さな液滴に分解することです。これらの液滴は不活性ガス保護雰囲気下で急速に固化し、金属粉末を形成します。固化した粒子は保護ガスとともに貯蔵容器に運ばれ、その途中でプロセス廃棄物と煙が濾過され、粉末から分離されます。

金属粉末の最終的な粒子サイズは、超音波振動の周波数に依存します。周波数が高いほど粒子は小さくなり、周波数が低いほど粒子は大きくなります。特に、このシステムは、ワイヤ、ロッド、ペレット、顆粒、スクラップなど、さまざまな形態の入力材料に対応できます。

「この米国特許を当社の急速に成長しているグローバル知的財産ポートフォリオに加えることができて光栄です」と、3D LabのCEO、Jakub Rozpendowski氏は語りました。「当社の特許技術は、金属粉末製造のための先進的で多用途なソリューションを提供し、優れた材料品質を確保し、材料の革新を加速するという当社の使命を推進しています。この特許は当社の歩みにおける大きな節目であり、当社のチームの献身と革新的精神を反映しています。」
科学研究への応用
3D Lab の ATO LabPlus は、高品質の金属粉末を研究室規模で製造するために設計された超音波金属アトマイザーです。研究環境と生産環境の両方に最適で、反応性および非反応性の金属粉末を効率的かつ経済的に生産できます。アトマイザーのモジュール構造により、交換可能なモジュールを通じて粉末製造機能を簡単に拡張できます。この装置には、技術者でなくても操作できる高度な安全システムと自動機能が備わっています。

2021年、ドイツのカールスルーエ工科大学（KIT）応用材料研究所（IAM-WK）の研究チームは、独自の超音波霧化（UA）プロセスを使用して、研究室で合金粉末を製造することに成功しました。研究に使用された機械は、3DLab Ltd. が提供した ATOLab+ 超音波霧化装置でした。
関連研究は、「耐火金属ベース合金の付加製造のための柔軟な粉末製造」と題する論文として、Metals 誌に掲載されました。

論文リンク: https://www.mdpi.com/2075-4701/11/11/1723
記事によると、研究者らは新世代のATO Lab Plusマシン（限られたスペースでの使用に特化して設計された世界初のアトマイザー）を使用し、電極によって形成されたプラズマアークが金属ワイヤ/ロッドを溶かして振動するるつぼ上に溶融池を形成する高度な技術を適用したという。その後、超音波振動によって粉末粒子が生成され、急速酸素減少真空ポンプによって抽出されます。
△UA（a）とEIGA（b）方式。画像出典: Hinrichs, F 他研究チームによると、彼らが使用した超音波噴霧プロセスは、合金開発と粉末床溶融に必要な品質の合金粉末を適度な量で製造するために、工業用電極誘導ガス噴霧 (EIGA) プロセスと改良された電極コンセプトを採用した最初のプロセスでした。さらに、研究チームは、このプロセスにより合金粉末の生産量を増やすことができると考えています。
この研究で使用されたアトマイザーは、チタン、マグネシウム、アルミニウム合金などの反応性金属と非反応性金属を処理する能力も実証しました。さらに、この機械は粒子サイズが 20 ～ 100 ナノメートルの粉末を生産することができます。研究者は、EIGA プロセスを変更することで、ATOLab+ マシンの機能を最適化し、合金粉末生産のスケーラビリティを実証する結果を得ることができました。

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