3Dプリント材料タングステン合金粒子の昇華によるタングステン金属設計の実現可能性の検討

タングステン金属と聞くと、ほとんどの人がまず「電球の輝くフィラメント」を思い浮かべるでしょう。実際、タングステンは「産業の歯」として知られる超硬合金の製造に使用され、また「戦争の金属の王様」として知られる純タングステン製品やタングステン合金の製造にも使用されています。タングステンの軍事用途は多岐にわたり、国の戦略資源としての地位を確立しています。タングステンは、欧州連合によって 14 の主要原材料の 1 つとして認められています。また、タングステンは米国の国家リスクリストでも上位にランクされており、輸出が厳しく制限されている物質の 1 つです。

タングステン素材の紹介

タングステンは、すべての金属元素の中で最も高い融点と高い密度（19.3 g/cm3）を持ちます。タングステンは硬度も高く、例えば、炭化タングステンの硬度はダイヤモンドに近いです。さらに、タングステンは電気伝導性、熱伝導性が良く、膨張係数が小さいなどの特性があるため、合金、電子、化学工業などの分野で広く使用されています。その中でも、超硬合金はタングステンの最大の消費分野です。

タングステン金属は代表的な高融点金属であり、成形が難しい材料であり、金属3Dプリント技術を使用して加工することも困難です。タングステン金属の従来の製造プロセスは、炭化タングステン粉末を所望の形状にプレスし、焼結プロセスによって部品の強度と密度を高めることです。現在、市場では少数の企業が、粉末床プロセスに基づく電子ビーム溶融法 (EBM) と選択的レーザー溶融法 (SLM) の 3D 印刷技術による純タングステンおよびタングステン合金の製造を検討しています。どちらの技術も、直接金属 3D 印刷技術です。

Sublimation 3D 初の「3D 印刷 + 粉末冶金」を組み合わせた金属セラミック間接 3D 印刷技術 - 粉末押し出し印刷技術 (PEP) は、金型なしでタングステン金属粉末を形成し、その後、従来の脱脂焼結などの後処理プロセスと組み合わせて最終的な強度を得ることができます。この間接 3D プリント技術を適用することで、金型製造の時間とコストを節約できるだけでなく、より複雑な部品設計を実現し、部品の付加価値を高めることができます。

△PEP技術プロセス

Sublimation 3Dが発売した金属3Dプリント材料 - タングステン合金粒子（UPGM-96WNIFE）は、金属ポリマー複合材料です。灰色で、粒子サイズが8〜14メッシュのほぼ球形の粒子です。タングステン合金部品の製造に使用できます。これまでのタングステン合金 3D プリント粉末とは異なり、このタングステン合金材料は PEP 技術を採用しています。プリセットモデルのグリーンボディは、昇華型 3D プリンターによって層ごとに素早く印刷され、その後、脱脂および焼結プロセスを経て、最終的な高密度金属部品が得られます。

△3Dプリント材料—タングステン合金粒子

△タングステン合金サンプル展示

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。主に航空宇宙、軍事防衛、原子力産業、工業製造、付属品に使用されます。

△焼結部品の機械的性質

Sublimation 3D は、タングステン合金 3D 印刷材料の開発に加えて、超硬合金部品の 3D 印刷サービスも提供しており、タングステン金属の新しい設計の実現可能性の探求に役立つことを期待しています。 Sublimation 3D が推進するタングステン合金間接 3D 印刷技術が、タングステン合金応用分野に高速かつ低コストの大量生産ソリューションをもたらすかどうか、注目してみましょう。

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