ティトミックは熱間静水圧プレスを使用して、積層造形されたチタン部品の材料特性を改善します。

2023年8月29日、Antarctic Bearは、先進製造企業Titomicが熱間静水圧プレス（HIPing）技術を使用して、オーストラリア原子力科学技術機構（ANSTO）が積層造形チタン部品の材料特性を向上させるのを支援していることを知りました。 ANSTO は、革新的な廃棄物処理プロセスである ANSTO Synroc をサポートするために HIP 技術を導入しました。

ANSTO Synroc Technologies のテクニカルディレクター、Gerry Triani 氏は次のように語っています。「ANSTO は HIP 分野で 30 年以上の運用経験を有し、オーストラリア最大の HIP 施設を管理しています。当社の能力には、熱処理プロセスの前後における材料特性の認定と特性評価が含まれており、これは製造業界にとって非常に役立つ能力です。」
Titomic は、航空宇宙部品などの過酷な環境向けのニアネットシェイプ製品の積層造形に、チタン合金粉末ではなく、市販の純チタンを粉末原料として使用しています。
出典: ANSTO
熱間等方圧プレスは、多孔性を低減し、微細構造を改良することで材料特性を改善する製造プロセスです。製造部品内の閉じた気孔を除去するために、高温で材料に不活性ガス圧力を加えます。
チタンは、高い強度対重量比、優れた機械的特性、優れた耐食性を備えていますが、エンジニアリング材料に加工するのは困難です。純チタン原料は、ガス噴霧法で製造され、通常は球形になるチタンアルミニウム合金粉末よりもはるかに安価です。
元航空宇宙エンジニアで現在はティトミック社の上級技術者であるニール・マシューズ AM 氏は次のように語っています。「チタンは非常に反応性の高い素材で、他の元素の影響を最も受けやすい素材の 1 つです。特に酸素の影響に敏感です。当社は、後処理と熱間静水圧プレスを使用してチタン部品の多孔度を 1 パーセント未満に下げる方法を研究してきました。これは、従来製造されているチタンアルミニウム合金の基準に匹敵します。」
冷間スプレー処理したチタンサンプルの熱間等方圧プレス前 (左) と後 (右)。
積層造形されたチタン部品の主な問題は、層状の堆積の過程で発生する気孔/空隙の形成です。高い負荷がかかると、これらの空隙によって延性（伸びたり曲がったりする能力）が損なわれ、壊滅的な破壊モードにつながる可能性があります。空隙の存在は、周期的な荷重を受ける部品の耐久性にも影響を与える可能性があります。「私たちは、付加製造プロセスにおけるすべてのパラメータ、粒子サイズ、粒子速度、およびそれに続く機械的動作の最適化を検討しています」とマシューズ氏は語った。
また、彼は次のようにも述べています。「コールドスプレーで球状粒子の代わりに不規則形状の粒子を使用すると、造形速度が上がり、空隙が減ります。したがって、これらの材料の作業条件では、多孔性の問題に対処する必要があります。空隙が存在すると、複数の亀裂が発生する可能性が高まり、それが組み合わさって部品が脆くなり、構造的完全性が損なわれる可能性があります。当社が提供するチタン部品または修理品は、従来の金属製造熱処理プロセスで製造されたものと同じレベルの性能を備えている必要があります。当社の目標は、Ti64 などの最高ランクのチタン合金が提供する基準に非常に近い、優れた機械的特性を持つ材料を製造することです。」
ANSTO 積層造形チタン部品の熱間静水圧プレス工程はアルゴン雰囲気中で行われ、材料には最大 200MPa の圧力が加えられます。
「ティトミックはコールドスプレー AM プロセスを最適化して堆積効率と接着強度を最大化した後、熱処理を施して粒子を再調整し、微細構造を改善し、その後、密度を高めるための後処理ステップとして HIP 処理を行います」と、AM プロセスの受け入れと認証の専門知識を持つマシューズ氏は述べました。「後処理方法の背後にある科学を理解することは、業界の規制当局と顧客にとって重要です。ANSTO の材料科学者のような専門家が、HIP 処理の温度、圧力、等温保持時間などのパラメータを選択する必要があります。」
積層造形における多孔性と応力誘起亀裂の問題は、積層造形分野の他の後処理技術によっても解決できます。

ティトミックは熱間静水圧プレスを使用して、積層造形されたチタン部品の材料特性を改善します。

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