耐火金属の「ホットな商品」 - Sublimation 3D は PEP 3D 印刷技術を使用してタングステンベースの金属製品を製造しています

出典: サブリメーション 3D

タングステン、タングステン合金、タングステンベースの金属マトリックス複合材料などのタングステンベースの金属材料は、一種の耐火金属であるため、その迅速な試作は常に非常に困難な作業でした。ハイエンドの応用分野では高い品質が求められるため、従来の製造プロセスでは、多孔度が高く、溶融が不十分で、微細構造に関連する延性脆性遷移などのさまざまな欠点がますます顕著になっています。3Dプリントは、インテリジェント製造の重要な技術として、製品生産方法の変化を促進する新しい方法として市場に認められる「ホットな商品」になりつつあります。全体的な材料経済性、製造プロセスと印刷構造の自由度、およびクロススケール材料構成の利便性により、学術研究や産業用途でますます好まれ、ますます重要な先進製造方法になりつつあります。

タングステンベースの金属製品の従来の製造技術は、要件を満たすことができません。タングステンとタングステン合金は、超高密度、高硬度、光沢と質感、優れた耐腐食性、延性と熱伝導性、優れた電気特性、高い引張強度、低い熱膨張、強力な放射線吸収能力を備えた典型的な高融点耐火金属です。医療機器、国防と軍事産業、航空宇宙、電子情報、エネルギー、化学冶金、原子力産業など、多くの分野で広く使用されています。

△タングステン合金徹甲弾（出典：インターネット）

近年、医療機器、国防、軍事産業、航空宇宙などの分野の急速な発展に伴い、薄壁、曲面、曲管、穴、溝などのタングステン部品の構造に対する要求が高まっています。従来の製造技術を使用してタングステンベースの金属製品を製造する場合、主に次の問題があります。 1.融点が高く、低温で脆いため、一般的な鋳造および機械加工方法ではタングステンまたはタングステン合金材料を製造できません。 2.粉末冶金法を使用しても、従来の焼結タングステン材料は、密度が低く、強度が低く、可塑性が悪く、不純物含有量の制御が難しいという欠点があります。 3.タングステン部品の構造は、薄壁、曲面、穴、溝、曲管などの特徴があり、粉末冶金法を使用して成形することは困難です。

タングステンベースの金属製品を準備するための PEP 3D 印刷技術 - 実際のアプリケーションのニーズに対応します<br /> 上記の問題を解決するために、Sublimation 3Dの「3Dプリント+粉末冶金」金属とセラミックの間接3Dプリント技術を組み合わせた粉末押出印刷技術（PEP）は、従来の製造モデルを打ち破り、金型なしでタングステンベースの金属材料を形成し、その後、従来の脱脂焼結などの後処理プロセスを組み合わせて最終的な強度を得ることができます。このように、低温で成形し、高温で焼き戻しを行うことで、製品性能の一貫性を確保し、実際の用途のニーズを満たす製品を得ることができます。

△粉末押出印刷技術（PEP）

この技術の主な利点は次のとおりです。
1. 金型を開ける必要がなく、操作が簡単で、成形が速い。
2. 従来の製造プロセスでは実現できない幾何学的形状を実現するために、製品機能を設計および最適化します。
3. コストを 90% 削減し、効率を 10 ～ 100 倍向上し、製造サイクルを大幅に短縮します。
4. 3Dプリント+粉末冶金焼結により、一貫した優れた製品性能を実現します。
5. 材料はリサイクル可能です。
6. 粉末射出成形の成熟した安定した技術と材料システムは、工業生産のニーズを満たすために使用できます。
7. バッチ焼結処理、大量生産が可能。

タングステン系金属製品の推奨準備スキーム
UPS-556 3Dプリンター＆タングステン合金顆粒（UPGM-96WNIFE）

大型独立デュアルノズル3Dプリンター UPS-556
機器の特徴

成形サイズ：500mm×500mm×600mm
PIM材料をベースに二次開発・適応が可能であり、材料のリサイクルも可能
負圧吸着成形プラットフォーム、取り付けと分解が簡単
自動給紙機能により無人長期印刷が可能
ノズル詰まりを軽減する自動ノズルワイピング機能
チャンバー内の温度環境を一定に保つための内蔵熱風制御システム

タングステン合金顆粒 UPGM-96WNIFE
UPGM-96WNIFE は、8 ～ 14 メッシュのほぼ球形の粒子を含む灰色の金属ポリマー複合材料で、タングステン合金金属部品の製造に使用できます。昇華型 3D プリンターは、事前に設定されたモデルのグリーンボディを層ごとに素早く印刷し、その後、脱結合および焼結プロセスを経て、最終的な高密度金属部品を生成します。

△昇華三次元タングステン合金焼結部品の機械的性質

タングステン材料の応用事例
材料、設備、技術の統合<br /> Sublimation 3D は、金属 3D 印刷装置のアップグレード、印刷材料の配合、タングステン 3D 印刷技術の体系的な研究を通じて、タングステン材料の金属 3D 印刷機能を習得しました。印刷されたタングステン合金部品は、超高密度、高硬度、優れた光沢と質感、優れた延性と熱伝導性、優れた電気特性、高い引張強度、強力な放射線吸収能力を備えています。

△タングステン合金サンプル展示（サンプル提供元：Sublimation 3D）

タングステンベースの金属製品の3Dプリントプロセスでは、材料、設備、プロセスが最終品質に影響を与える3つの基本的な要素です。これらの要素に焦点を当て、Sublime 3Dは材料サプライヤー、研究機関、下流ユーザーなどの関係者と協力して、新しい材料とターゲットプロセスを開発し、設備をアップグレードして反復します。例えば、高密度タングステン合金材料を開発するために、Sublimation 3Dと天津大学のチームはUPS-556を使用して適切な印刷プロセスを開発し、密度99.1±0.2％（下表参照）、引張強度801MPa、伸び22.1％（下図参照）の高密度タングステン合金（96W-2.7Ni-1.3Fe）を欠陥なく製造することに成功しました。熱処理後は引張強度838MPa、伸び26.1%と性能がさらに向上します。

△焼結条件による硬度と相対密度の表

△熱処理前後の伸長曲線

PEP テクノロジーは、耐火金属材料の革新的な 3D 印刷方法です。医療機器、国防、軍事産業、航空宇宙などの分野での今後の需要の発展は、タングステン含有超合金と高密度タングステン合金に有利になる可能性があります。2029年までに、超合金におけるタングステン消費の年間成長率は8％に達すると予測されています。 PEP技術の応用により、従来のタングステン製造技術では解決が困難であった複雑な構造部品の加工・製造問題を解決できるだけでなく、我が国の航空宇宙、自動車、造船、エネルギー、化学、医療などの製造分野における複雑な構造部品の軽量化設計・製造問題に新たな解決策を提供することができます。