先端材料のスペシャリストであるルシデオンが金属とセラミックの積層造形の発展について語る

この投稿は warrior bear によって 2024-12-27 20:28 に最後に編集されました。

積層造形（AM）の分野では、材料の選択とプロセスの開発が依然として重要な課題となっています。新素材技術を開発する英国の企業である Lucideon は、強力な研究開発チームと材料開発における豊富な経験を活かし、金属およびセラミックの付加製造の応用可能性の向上に取り組んでいます。

この記事では、Antarctic Bear が、金属およびセラミックの付加製造の将来的な発展について、Lucideon の 2 人の専門家、Robert Crookes 氏と Julius Bonini 氏の見解をまとめ、この分野における彼らの取り組みと課題を詳細に調査しました。
ルシデオンについて
Lucideon の目標は、他の企業が材料やプロセスを開発し、幅広い業界における業界の課題に対処できるよう支援することです。同社の前身は英国セラミック研究協会 (BCRA) であり、1970/1980 年に CERAM となりました。同社は2006年12月に米国のM&P Laboratoriesを買収した。 2014 年初頭、CERAM と M+P Laboratories が Lucideon という単一の社名で合併しました。
ルシデオンの米国子会社はルシデオンM&Pと呼ばれ、その事業範囲は、先進セラミックエンジニアリング、冶金、金属付加製造、航空宇宙、宇宙、防衛などの産業向けの幅広いテストなど、多くの分野に及びます。付加製造作業はセラミックと金属が中心ですが、建築材料や構造物、医薬品も含まれます。米国では、同社のサービスは試験およびコンサルティング会社としての役割に重点を置いており、特に応力腐食割れ (SCC) 試験に重点を置いています。チームは、特に積層造形と従来のプロセスを組み合わせたハイブリッド製造を含む積層造形に関して、多くの障害解析を行っています。
△セラミック積層造形技術を用いて作られた完成部品
Lucideon UK の先端材料部門責任者であるRobert Crookes氏は、航空宇宙、防衛、原子力エネルギーの分野に応用されるエンジニアリングセラミックスの開発に重点を置いています。同氏は、ルシデオンは材料配合を開発するだけでなく、付加製造プロセスを研究室から大規模生産へと移行させることにも取り組んでいると述べた。
40 年の経験を持つ冶金学者のJulius Bonini は、金属および付加製造分野の Lucideon の主任コンサルタントです。 EOS、Renishaw、その他の金属ソリューションプロバイダーは、創業以来、3D プリント業界で活躍してきました。同氏は、同社がほぼすべての航空宇宙OEMと連携し、故障解析などの業務に重点を置いていることを強調した。
△ジュリアス・ボニーニ（左）とロバート・クルックス（右）
課題
クルックス氏は、セラミックスの積層造形における主な課題は、その優れた熱特性と機械特性を活かすために材料の高密度化を達成することだと指摘した。彼は、既存の多くの付加製造技術ではセラミック材料の完全な高密度化を達成することが困難であり、実際のアプリケーションではパフォーマンスが不安定になると説明しました。 DLP や SLA などの確立された技術の中には、薄壁の形成に優れているものもありますが、プリンターや材料だけでなく、必要な後処理もコストに含まれることを考慮すると、非常に高価です。これにより、コスト効率が課題となります。
他のセラミック積層造形技術はほぼ逆で、プロセスは安価で高密度を実現できますが、現在の印刷解像度の程度が犠牲になります。金属 AM と比較すると、セラミックは完全に使用可能なソリューションがほとんどない新興素材であり、競争はまだ続いていることを意味します。
△ルシデオンのセラミックSLA
ボニーニ氏は、金属積層造形業界は密度の問題を基本的に克服しており、現在では業界全体で 99% 以上の密度を達成していると述べました。これは、ステンレス鋼、チタンなど、ほとんどの材料ですでに一般的な現象です。現在の課題は、新しい材料（特に粉末）を入手し、生産コストを削減する方法です。同氏は、業界では医療や航空宇宙の用途のニーズを満たすために、新しい合金や粉末材料を積極的に研究していると述べた。
△金属AM粉末解析はルシデオンの事業の一部です。3つ目の課題は材料設計許容値に焦点を当てています。積層造形によって形成されるさまざまな材料は特定の特性を持つことが期待されており、これが業界の新しい設計標準となっています。
材料に関する特定の要件<br /> 2人の専門家は、セラミックと金属の付加製造における具体的なニーズと違いについても議論しました。クルックス氏は、積層造形においてセラミック材料は脆さと欠陥感受性の問題に直面する可能性があると述べた。特に複雑な形状のデザインでは、鋭いエッジにより使用中に材料が壊滅的な破損を起こす可能性があります。彼は、複雑なセラミック部品を確実に生産するには、徹底的な材料研究とプロセスの最適化が必要であると指摘した。セラミックワークピースを印刷した後、現在のほぼすべてのプロセスでは脱バインダーと焼結が必要となり、コンポーネントに課題が生じる可能性があります。これは Lucideon 製品のもう 1 つの利点です。コンポーネントの後処理がすべて含まれています。
ボニーニ氏は、さまざまな分野における金属積層造形の応用の違いを強調しました。たとえば、航空宇宙業界では、ロケットやエンジンの部品の製造にアーク AM を使用していますが、これらの部品は大型であることが多く、過酷な条件下での疲労耐性を確保するために厳しい設計余裕が必要です。医療業界では、インプラントなどの小型製品の迅速な生産に重点を置いており、材料の選択ではコストと生産効率を考慮する必要があります。
△金属積層造形部品の埋め込み不良解析
認証と市場状況<br /> 認証に関しては、セラミック付加製造はまだ金属分野ほど成熟しておらず、認証プロセスにはさらなる明確化が必要だとクルックス氏は述べた。彼は、セラミック材料の検証プロセスは金属よりも複雑になる可能性があり、欠陥を探すために各コンポーネントに包括的な NDT (非破壊検査) を実施する必要があると指摘しました。各フォームファクタの各コンポーネントを個別に検証する必要がある場合があるため、これは現在の市場環境では大きな課題となります。
△セラミック積層造形部品の分析米国にはFAA、FDA、NASAの3つの認証機関があります。 NASA は大気圏上のすべてのものに責任を負い、FAA は大気圏から地上までのすべてに責任を負い、FDA は地上のすべてのものに責任を負います。非常に厳格な認証プロセスがあり、これは金属積層造形にとって常に課題となっていました。ボニーニ氏は、金属付加製造の認証プロセスは複雑だが、業界が成熟するにつれて、新しい部品の認証を取得する難易度は低下していると述べた。彼は、履歴データが蓄積されるにつれて、多くの新しいコンポーネントの認証は過去のテスト結果に依存できるようになり、繰り返しテストを行う必要性が減ると説明しました。
ルシデオンのサービスと今後の展望
Lucideon は、顧客が付加製造プロセスに適した材料とプロセスを選択できるよう、包括的なコンサルティングサービスを提供しています。クルックス氏は、セラミックの付加製造には3Dプリントプロセスだけではなく、材料の配合と後処理に関する専門知識も含まれると強調した。彼は、多くのエンジニアがセラミック材料を扱う際に課題に直面しているため、Lucideon ではエンジニアがこれらの材料を効果的に使用する方法を理解できるよう、多くのアドバイスとサポートを提供していると述べました。
セラミック積層造形ロボット鋳造は、ルシデオンが部品を製造する方法の1つです
ボニーニは、従来の製造と積層造形を組み合わせることでデザインの新たな可能性が生まれると信じ、ハイブリッド製造の将来に大きな期待を寄せています。同氏は、ハイブリッド製造は生産効率を向上させるだけでなく、顧客の多様なニーズを満たすより複雑な設計も可能にすると述べた。
金属積層造形部品の表面分析
結論付加製造技術が進歩し続ける中、Lucideon の材料研究開発およびプロセス革新への取り組みは、航空宇宙、防衛、医療などの複数の業界に新たな機会をもたらすでしょう。 Lucideon は、材料特性と製造プロセスを継続的に最適化することで、金属およびセラミックの付加製造の広範な応用を促進し、業界の持続可能な発展に貢献しています。
Lucideon の詳細については、同社の公式 Web サイト (https://www.lucideon.com/) にアクセスして、積層造形分野における同社の最新の開発とサービスについてご確認ください。

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