日本の東北大学は、自動車部品のマルチマテリアル3Dプリントの分野で大きな進歩を遂げました。

2024年12月、Antarctic Bearは、日本の東北大学材料研究所と新産業創出インキュベーションセンターの研究者がマルチマテリアル3Dプリント技術で重要な進歩を遂げたことを知りました。彼らは、軽量かつ耐久性に優れた自動車部品を製造できる製造プロセスを開発し、アルミニウムやスチールなどの異なる材料を積層造形（3Dプリント）で組み合わせて自動車部品の性能と効率を最適化する大きな可能性を実証しました。彼らの研究は、「レーザービーム粉末床溶融結合における液体/固体界面の制御による鋼/アルミニウム合金のマルチマテリアル積層造形」というタイトルでAdditive Manufacturingに掲載されました。

金属 3D プリントは、金属を層ごとに積層し、熱で結合させる技術です。この方法は、驚異的な精度を実現するだけでなく、従来の製造方法に比べて材料の無駄を減らしながら、高度にカスタマイズされた複雑な形状のオブジェクトを製造することを可能にします。 3D プリント技術の応用の 1 つは、「マルチマテリアル構造」の製造です。これは、さまざまな材料を 1 つのコンポーネントに巧みに統合して、その機能性を高めるものです。たとえば、自動車部品にアルミニウムとスチールを組み合わせると、必要な構造強度を犠牲にすることなく、大幅に重量を軽減できます。これらの利点により、マルチマテリアル製造技術は世界中の研究者の注目を集めています。

技術的な課題と解決策<br /> 多くの利点があるにもかかわらず、多材料接合には依然としていくつかの課題が残っています。特に、鋼とアルミニウムなど性質の異なる材料を組み合わせると、それらの界面に脆い金属間化合物が形成される傾向があり、最終製品の強度が弱まる可能性があります。東北大学の山中健太准教授は次のように説明した。「マルチマテリアルは積層造形におけるホットな話題であり、プロセスの柔軟性から大きな注目を集めています。しかし、実際の用途では、鉄とアルミニウムなどの一部の金属の組み合わせでは、界面に脆い金属間化合物が形成され、材料は軽量になりますが、より脆くなります。」

△L-PBFを用いて異なるスキャン速度で得られた鋼/アルミニウム合金界面

この問題を解決するために、研究チームは金属3Dプリントの主要技術の1つであるレーザー粉末床溶融結合（L-PBF）技術を使用しました。この方法では、レーザーを使用して金属粉末を選択的に溶かし、層ごとに物体を構築します。一連の実験を経て、研究チームはレーザースキャン速度を上げると、Al5Fe2やAl13Fe4などの脆い化合物の形成を大幅に抑制できることを発見した。研究では、スキャン速度が速いほど非平衡凝固が誘発され、溶質の偏析が減少し、材料内の弱点が回避されることが示されました。得られた鋼とアルミニウムの合金は強力な界面結合を示し、軽量かつ非常に耐久性に優れています。

△L-PBFを用いて異なるスキャン速度で得られた鋼/アルミニウム合金のマルチマテリアル界面強度

成果展示と今後の展望<br /> 研究チームの一員であるイム・スンギュン特別助教は、基礎となるメカニズムを深く理解することの重要性を強調した。同氏は「2つの金属を単に組み合わせるだけでは、完全に結合することはありません。まずは、その場での合金化のメカニズムを徹底的に理解する必要があります」と指摘した。これに基づき、研究チームは世界初のフルサイズのマルチマテリアル3Dプリント自動車サスペンションタワーの製造に成功した。この部品はユニークな設計で、チームの研究成果の実用価値を体現しており、先進的な製造技術の開発における重要なマイルストーンとなります。

今後、研究者らは、同様の接合課題を抱える他の金属の組み合わせにこの手法を適用し、この技術の適用範囲をより多くの業界に拡大することを目標としている。この研究は自動車製造業の進歩を促進するだけでなく、航空宇宙や医療機器など多くの分野に新たな可能性をもたらし、マルチマテリアル 3D プリンティングが将来の工業製造においてますます重要な役割を果たすことを示しています。

この画期的な成果により、東京の東北大学の研究チームは、マルチマテリアル3Dプリントの主要な技術的課題を解決しただけでなく、より軽量で効率的な輸送手段への道も開いた。この技術が成熟し、改善されていくにつれ、Antarctic Bear は、それが製造業の新しい時代を先導し、より環境に優しく、よりスマートな産業革命をもたらすと信じるに足る理由があります。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104529

日本の東北大学は、自動車部品のマルチマテリアル3Dプリントの分野で大きな進歩を遂げました。

研究者らは7倍の強度を持つ多結晶格子構造を3Dプリントした

工業情報化部付加製造（3Dプリンティング）研究所所長の張雲飛氏が講演した。

モロッコからサハラ砂漠まで、Yuanzhu のインテリジェント 3D プリントが世界初のソーラーオフロード車の数千キロのテスト走行を支援

金属3Dプリンター大手SLMが2016年度の財務報告書を事前発表：収益は6億ドル近く、22％の大幅増

eSUN 3Dシルクシリーズに新製品が追加、デュアルカラーシルクを発売

Shining 3Dが2019年ロボカップ中国でデビュー：3Dクラウドプリントサービスプラットフォームを展示

3Dプリント研磨ツールPolysherがクラウドファンディングで22万ドルを調達

カーボンナノチューブ溶接法：FDM 3D プリント部品の強度をほぼ 3 倍に向上！

オランダの大学が高強度ハイドロゲルを使用してウサギのインプラントを3Dプリント

エボニックは持続可能な生産に向けて動き出し、3Dプリント材料の生産から発生するCO2排出量を削減

推薦する

工作機械は依然としてインテリジェント製造の中核です。3D プリンティングは工作機械の重要なカテゴリになります。

eSUN 3Dプリント材料の医療分野への実用化

印刷サイズに制限されないオープン 3D プリントを実現するにはどうすればよいでしょうか?

1800mm/h、Changlang 超高速デスクトップ光硬化 3D プリンター

ドイツ政府は、美的傘下のKUKAと提携し、大規模な金属3Dプリントロボットシステムを開発する。

北京工作機械ショー CIMT: 3D Systems が 3D プリントの量産と製造技術を推進

オーストラリア、新たな3Dバイオプリンティング研究センターを建設へ

LENSレーザー溶融エアジェット金属3Dプリント技術

マイクロナノ3Dプリント開発の新たな章、BMF Precisionが武漢事務所を設立

ストラタシスは、2018年のTCT展示会に複数のプリンターと3Dモデルを持ち込みます

3Dプリントアンテナがフリートスペースの衛星群計画を実現

アカデミー会員ダイ・ケロン氏のチーム: 整形外科およびリハビリテーションアクセサリーにおける 3D プリントとデジタル医療の臨床的変革

チーム 3-D がチップ上に初の真のマイクロ流体ラボをプリント

3Dプリントが金属アクチュエータに新たな未来をもたらす

異方性コラーゲン足場を作製するための4Dプリント