AMGTAが積層造形粉末生産の持続可能性に関する研究を発表：噴霧法が最良、機械粉砕法は大きな可能性を秘めている

2024年4月25日、Antarctic Bearは、Additive Manufacturers Green Trade Association（AMGTA）が「金属Additive Manufacturing（AM）原材料の特定のエネルギー消費量：比較研究」と題する研究プロジェクトの予備結果を発表したことを知りました。この協会は、持続可能な付加製造業界の実践を促進することを目的とした世界的な擁護団体です。この調査は、AMGTA の委託を受け、研究コンサルタント会社 Syntec Associates が、複雑な構造に対応する完全なモジュール式デジタル工場である Divergent Technologies と共同で実施したもので、金属 AM 原料の生産に必要な具体的なエネルギーを決定するために、ガスアトマイゼーション、機械的粉砕 (具体的にはボールミル)、伸線という 3 つの主要な金属 AM 原料処理方法を評価しました。

結果は、エネルギーの観点から、一般的に使用される合金金属粉末の製造におけるガス噴霧法としてはヘリウム噴霧法が最も持続可能な方法であり、次いでアルゴン、窒素であることが強調されています。噴霧化の特定のエネルギー消費量も、プロセスパラメータと合金の化学組成に大きく依存します。さらに、この研究では、機械粉砕を AM 粉末製造に適用した場合、ガス噴霧法に比べて比エネルギー消費量が大幅に低くなることが示されました。
「当社の合金の工業用速度処理のライフサイクル評価を実施しているときに、AM プロセスと粉末噴霧のエネルギー消費に関する文献に大きな相違があることを発見しました」と、ダイバージェントテクノロジーズの CTO 兼 AMGTA 取締役のマイケルケンワーシー氏は述べています。「この調査により、プロセスの前提とモデルの透明性が確立され、主要なプロセスレバーを理解し、システムトレードスタディを評価して、将来の持続可能性の向上に役立てることができます。」
研究プロジェクトの主な結論:

ヘリウムは粉末の噴霧に最適です。研究によると、ヘリウム噴霧はエネルギーの観点から最も持続可能なガス噴霧方法であり、一般的に使用される合金の場合、アルゴンや窒素よりも比エネルギー消費量が大幅に低いことがわかっています。
アルゴン噴霧粉末は窒素よりも優れています: ヘリウムの代替品を探している人にとって、アルゴン噴霧粉末は注目すべき選択肢です。窒素噴霧粉末に比べてエネルギーを節約できます。
機械研削はガスアトマイゼーションよりも優れています。機械研削、特にボールミル粉砕は、金属 AM 粉末の製造において、ガスアトマイゼーションよりも単位あたりのエネルギー消費量が大幅に少なくなります。
持続可能な選択に関する業界ガイダンス: この調査では、全体的な持続可能性を向上させるために、AM 原料を生産する際に 1 キログラムあたりのエネルギー消費が最も少ない製造方法を選択することの重要性を強調しています。

「AMGTA の主な目標は、付加製造サプライチェーンにおける最も持続可能な生産方法について消費者を啓蒙することです」と AMGTA 取締役会会長のブライアン・R・ネフは述べています。「この重要な研究は、どのガスアトマイゼーション法が 1 キログラムあたりのエネルギー消費量が最も少ないかについての指針を提供します。同時に、ボールミルなどの粉末原料の機械的生産方法は、エネルギーの観点からガスアトマイゼーション法よりも本質的に桁違いに優れていることを市場に示しています。」
ガスアトマイゼーションは、積層造形用の原料粉末を製造するための有望な技術であると考えられており、この研究の焦点となっています。研究では、噴霧ガスとしてヘリウムを使用したガス噴霧では、アルゴン（平均 13% 高）や窒素（平均 28% 高）と比較して、総比エネルギー消費量が最も低くなることが示されました。さらに、研究対象となった合金（SS316L、Al5083、IN718）では、アルゴン噴霧粉末は窒素噴霧粉末に比べてエネルギー要件を 12% 削減することがわかりました。

この研究では、粉末製造の機械的方法、特にボールミルの効率性も強調されており、研究されたプロセス条件の範囲内では、ガスアトマイゼーションと比較して比エネルギー消費が約 90% 改善されます。特定の製品カテゴリーにヘリウム噴霧粉末やボールミル粉末を使用した場合のアプリケーションへの影響を判断するには、さらなる研究が推奨されます。
「この研究は、AMGTAのアディティブ・マニュファクチャリング・テクノロジーを活用した持続可能な製造方法をより深く理解するというコミットメントと一致しています」とAMGTAのエグゼクティブ・ディレクター、シェリー・モンロー氏は述べた。「これらの調査結果は、環境に優しい原材料生産方法を求めるメーカーにとって重要な考慮事項を浮き彫りにしています。アディティブ・マニュファクチャリングの持続可能性を促進するには、情報に基づいた意思決定を行うための研究が不可欠です。」さらに、AMGTAは2024年にさらに独立した研究結果を発表する予定であると述べた。