3Dプリント金属材料:ニッケルベース合金とコバルトクロム合金

3Dプリント金属材料:ニッケルベース合金とコバルトクロム合金
本日私が皆さんにお伝えする知識は、ニッケルベースの合金とコバルトクロム合金です。ニッケルベースの合金は優れた航空宇宙材料であり、コバルトクロム合金は人間のインプラントに最適な材料です。なかでも、ニッケル基合金材料はSLM成形技術に特に適しており、ExOneの3DP(バインダージェット成形)技術でも広く使用されています。
1ニッケル基合金ニッケル基合金(ニッケル基合金)は、650〜1000℃の高温で高強度、一定の耐酸化性、耐腐食性などの総合的な特性を持つ合金の一種を指します。鉄基合金やコバルト基合金と比較すると、ニッケル基合金は高温・高応力環境でも作動し、優れた機械的特性、耐酸化性、耐熱腐食性を備えています。航空産業の発展に伴い、3D プリントされたニッケルベースの合金物体は、その優れた性能により、航空機エンジンのタービン ディスクやタービン ブレードなどのホットエンド部品の製造に使用され、エンジンの安定性と熱効率が向上し、航空機エンジンの推力が向上します。チタンを50%含むニッケル合金は形状記憶効果に優れており、宇宙船の構造部品や人工心臓モーターなどの製造に多く使用されています。

3Dプリント技術を使用して米国で製造されたIN718ニッケルベース高温合金ローター(画像提供:Machine Design)

3D プリントされたニッケルベース合金工業部品 (画像提供: ExOne)

3D プリントされたニッケルベース合金の航空機部品 (画像提供: 3dprintingindustry.com)

2コバルトクロム合金<br /> コバルトクロム合金は、コバルトとクロムを主成分とする耐熱合金です。耐食性、機械的性質に優れ、部品は高強度、耐高温性、生体適合性に優れています。最初は人間の関節を作るために使用され、現在は口腔分野で広く使用されています。人体に有害なニッケルやベリリウム元素を含まないため、3Dプリントされたパーソナライズされたコバルトクロム合金磁器歯は、非貴金属磁器の第一選択肢となっています。

歯科におけるコバルトクロム合金の応用 (画像提供: 3ders.com)

従来の鋳造技術で製造されたコバルトクロム合金製品は、収縮率が大きく、初期モデルと比較して誤差が大きい。3Dプリント技術で製造されたコバルトクロム合金部品は、強度が高く、寸法が正確です。製造可能な最小サイズは1mmに達します。そのため、その部品の機械的特性は、鍛造技術で作られた製品よりもはるかに優れています。

3D プリントされたコバルトクロム合金の航空機エンジン インペラ (画像提供: 上海航天技術研究院)

3液体金属<br /> 液体金属とは、非晶質金属のことを指します。3Dプリントに使用される液体金属は、通常、室温で液体のままである2つの無毒の合金、ガリウムとインジウムで構成されています。これは、2013年に米国のノースカロライナ大学の研究者によって開発されました。液体金属を空気にさらすと、材料の表面は硬化しますが、内部は液体のままなので柔軟性が保たれます。液体金属は電気を通すことができるため、同様の技術を使って3Dプリンターで液体金属回路基板を作ることが可能になるという。



液体金属の応用には幅広い展望があります。液体金属はプリント基板以外にも、先端チップや新エネルギーの分野でも優れた熱伝導性を発揮します。医療・健康技術分野では、独自の液体金属材料が液体金属生体材料分野の形成に直接貢献しています。液体金属は、神経の接続と修復、損傷した骨の迅速な置換、体内への埋め込み型医療機器の直接 3D プリント、高解像度の血管造影、腫瘍による血管閉塞の治療などの分野でも大きな発展の可能性を秘めています。
航空、宇宙、血管、医療、生物学

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