ライス大学がわずか5,000ドルの低コストコールドスプレー金属3Dプリンターを開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-4-28 11:10 に最後に編集されました

2024年4月28日、アンタークティックベアは、米国ライス大学のAeroForgeという学生チームがコールドスプレー金属3Dプリント装置を開発したことを知りました。この装置は、温度ではなく圧力と速度を利用して金属部品を作成するため、一回限りの複雑な金属部品の製造や修理にかかるコストを削減し、品質を向上させることができ、金属付加製造技術の範囲が広がります。

△ライス大学AeroForgeチームとコールドスプレー金属3Dプリント装置。現在、彼らはこの装置を使って銅を堆積させることに成功し、このプロトタイプの実現可能性と可能性を実証しました。このプロジェクトは、キャップストーンエンジニアリング賞の優秀賞と、年間ウィリー革命賞の傑出したイノベーション部門で第1位を獲得しました。 AeroForge チームのプロジェクトは、ライス大学の工学部の学生や教員の独創的な発明を称えて贈られる今年の Hershel M. Rich 発明賞も受賞しました。

△AeroForge 低コストコールドスプレー金属 3D プリンターのビルドルーム内部
大学生が新しいコールドスプレー金属3Dプリント装置を開発

チームメンバーは、従来の金属3Dプリンターは一般的にレーザーを使用して金属粉末を特定の形状に溶かしますが、溶解は製品の性能に影響を与えると指摘しました。コーティングにはコールドスプレー技術が使用されており、熱ではなく速度を利用して金属粒子を急速に加速し、基材に付着させて変形させます。チームが設計したシステムは、3D プリント技術を通じてこの目標を達成することを目指しています。

この装置の用途には、工業用組立ラインや車両、航空機などで使用されるような構造的に複雑な金属部品の製造および修理が含まれます。自動車、石油・ガス、防衛など金属部品に依存する産業は、サプライチェーンの混乱により大きな損失を被ることになるだろう。研究チームは、この装置が、オンデマンドで部品を製造したり修理したりするための、現実的で低コストの代替手段となることを期待している。

チームメンバーのデイビス・テムズ氏は、約1年前、ライス大学のシニアデザインクラスで、溶接よりもこの技術を使用する利点を説明しながら、チームメイトにコールドジェット金属3Dプリンターを使用するというアイデアを初めて提案しました。「通常、修理は金属部品の形状を変えながら材料を除去することによってのみ行うことができます」と彼は言いました。「このプロセスでは、材料を追加してから元の状態に戻すことができます。たとえば、溶接では、溶融温度が異なると材料の特性が不均一になる可能性があります。このデバイスにはその問題はありません。」

△3Dプリンターの上面図。装置には、高圧窒素をシステムに供給するためのガスタンク、バルブを調整し圧力と温度を監視するコントローラー、ガスを450°C（842°F）まで加熱するための圧力容器、金属粉末を正確な速度でノズルに注入するための粉末フィーダー、カスタムノズルが含まれています。

「ガスは加熱されますが、それでもコールドジェットシステムです」とチームメンバーのジュリアンナ・ディックマンは説明する。
なぜなら、ガスがノズル内で金属粉末と接触すると、ガスはノズルから膨張して急速に冷却されますが、金属粉末は溶けたり温度の影響を受けたりせず、温度によってガスの速度が上昇するだけで、その運動量が金属粉末に伝わり、基板に向かって加速されて付着するからです。 ”

挑戦と革新

多くの金属 3D プリンターは 100 万ドル以上もするため、チームの取り組みの多くはコスト削減に重点を置いています。 AeroForge チームは 5,000 ドル未満でデバイスを構築しました。

コスト削減に加え、チームはセキュリティと技術革新においても重要な進歩を遂げました。コストを削減し、特定の部品の入手可能性を確保するために、圧力容器やノズルなどの部品を社内で製造しています。チームはライス大学の環境衛生安全部門とも協力し、技術テストが安全ガイドラインを満たしていることを確認し、安全性を確保するために複雑な監視システムとデータロギングシステムを実装しました。さらに、チームは複数の安全性チェックを実施し、多数のコード反復を経て、デバイスが効果的に動作することを確認しました。

ライス大学がわずか5,000ドルの低コストコールドスプレー金属3Dプリンターを開発

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