レーザー粉末床融合技術による多材料界面接合強度の向上

レーザー粉末床融合技術による多材料界面接合強度の向上
この投稿は Bingdunxiong によって 2024-12-18 11:25 に最後に編集されました

Antarctic Bear の紹介:自動車業界ではエネルギー消費量削減の需要が高まる中、車両の軽量化が重要なトレンドとなっています。アルミニウム合金は密度が低いため軽量化を実現する上で重要な材料となっていますが、単一の材料では自動車部品の多様なニーズを満たすことが困難です。そのため、鋼とアルミニウム合金を組み合わせたマルチマテリアル 3D プリント部品は、自動車分野で大きな応用可能性を示しています。

△ 研究者らは高性能マルチマテリアル3Dプリント技術を使用して軽量サスペンションタワー自動車部品を製造
2024年12月18日、南極熊は日本の東北大学材料研究センターと新興産業創出インキュベーションセンターの研究チームがマルチマテリアル3Dプリント技術分野で新たな進歩を遂げたことを知りました。レーザー粉末床溶融結合 (LPBF) 技術は、軽量で耐久性のある自動車部品の製造を可能にし、自動車製造業界に新たな可能性をもたらしています。

△研究成果は「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」と題してAdditive Manufacturing誌に掲載されました(ポータル)
マルチマテリアル 3D プリンティング技術は、製造プロセスにおける独自の柔軟性により、積層造形の分野で注目を集めています。しかし、この技術は実用化にあたり、特に鋼鉄とアルミニウムなどの異なる金属材料の組み合わせに関しては課題に直面しています。これらの金属界面は脆い金属間化合物を容易に形成し、材料は軽量化しますが強度は低下します。

△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
軽量で高強度の鋼とアルミニウム合金のためのマルチマテリアル3Dプリント技術

この研究の目的は、強度を損なうことなく軽量な鋼アルミニウム合金を製造することです。この目的のために、研究チームはレーザー粉末床溶融結合(LPBF)技術を使用し、レーザー走査速度を上げることで脆い金属間化合物(Al5Fe2やAl13Fe4など)の形成を大幅に減らすことができることを発見しました。研究者らは、高速スキャンによって誘発される非平衡凝固プロセスが溶質の分布を最小限に抑え、それによって材料の弱点の生成を減らすのに役立つと示唆している。その結果、最終製品は優れた接合界面強度を発揮します。

「単に2つの金属を一緒にしただけでは、それらが自然に結合することは保証されません」と、ノースイースタン大学の特別助教授であるSeungkyun Yim氏は強調した。「その場での合金化のプロセスを深く理解する必要があります。」

△L-PBFを用いて異なるスキャン速度で得られた鋼/アルミニウム合金のマルチマテリアル界面強度 この発見に基づいて、研究チームは、カスタマイズされた形状を備えた世界初と思われる実物大の自動車用マルチマテリアル部品、サスペンションタワーのプロトタイプの製造に成功しました。研究チームは、これらの研究結果を、より幅広い用途で同様の金属結合の問題を必要とする他の材料の組み合わせにまで拡張する予定です。

この研究は、マルチマテリアル 3D プリント技術の応用に新たな道を開くだけでなく、自動車製造業界における軽量化と性能向上のための新たなソリューションも提供します。マルチマテリアル3Dプリンティング技術の継続的な進歩により、今後は自動車などの産業分野でより高性能で軽量な部品が使用されるようになると予想されます。


アルミニウム合金、マルチマテリアル、パウダーベッドフュージョン

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