3Dプリント金属粉末の問題点

出典: スマート製造

3Dプリント金属粉末の開発ボトルネックを理解し、噴霧による金属粉末製造の特徴を習得し、金属粉末の製造プロセスを明確にし、3Dプリント金属粉末のその他の問題について話し合います。ホールリストの司会者は、誰もが関心を持っているいくつかのトピックを提起してイベントを開始し、遼寧広大新材料技術有限公司R＆Dセンターのディレクターである孫平生氏が答えを共有します。

ホールリスト：溶融物の粘度はどうやって測定するのですか？

Guanda Materials: 溶融物の粘度特性を決定する要因を知る必要があります。まず第一に、それは材料自体によって決定されなければなりません。たとえば、鉛粉の粘度は比較的低く、銅粉の粘度は比較的高く、一部の鋼の炭素含有量を含むコバルトベースおよびニッケルベースの粉末の粘度はさらに高くなります。二相ステンレス鋼は窒素含有量が多いため粘度が低く、粘度を低下させることができます。一般的に、成分は粘度に大きな影響を与えます。特に一部の新素材ではそうです。それらに関するデータは見つかりません。私たちは主に熱力学ソフトウェアを使用してシミュレーションを行い、データのサポートにソフトウェアを使用しています。一部の高エントロピー合金を含む場合、ソフトウェアでシミュレートされたデータは正確でない可能性があります。また、合金自体の特性に基づいて粘度を調整する必要があります。一般的に言えば、データが蓄積されていくにつれて、一定のルールが生まれ、それをまとめる必要があります。これは、材料自体に基づいて分析された粘度です。 2つ目は、溶解物または溶鋼の温度です。同じ材料の場合、温度が高いほど粘度は低くなります。これは避けられません。霧化をする場合、温度は特に制限はありません。だいたいの範囲で、その範囲内であれば大丈夫です。

ホールリスト：金属粉の凝集に対する解決策は何ですか？

Guanda Materials：粉末の凝集は私たちがよく遭遇する問題です。まずは生産プロセスから根本的に解決し、継続的に最適化する必要があります。各企業には独自の方法があります。製品自体が凝集しやすい場合、後処理段階でこの問題を軽減する方法の 1 つは、超音波振動スクリーンを使用することです。これにより、ふるい分け時間が長くなり、超微粉末が落ちやすくなります。もう一つの方法は加熱です。粉末によっては完全にくっつかないものもあります。これは、互いに引き合う表面力によるものかもしれません。加熱することで表面エネルギーと表面活性が高まり、粉末がより活発になり、凝集力が破壊されます。

ホールリスト: Gh4169 には衛星粉末がたくさんあります。この問題をどうすれば解決できますか?

Guanda Materials：私たちが製造する粉末に衛星粉末が多く含まれている場合、気流粉砕という方法で衛星粉末を小さな粉末から大きな粉末に分離することができますが、粉末自体の形態が変化し、非球形粉末の形成の割合が増える可能性があるため、推奨されません。ふるい分け時間を長くして粉末を落としやすくするために、超音波振動ふるいを使うことを好みます。

ホールリスト：回転電極を使用して、高球形度の高温合金粉末を製造できますか？

Guanda 材料: 回転電極の球形度は確かに優れていますが、微粉の収率は霧化よりも低くなります。それぞれに長所と短所があります。

ホールリスト：合金材料を交換する際の洗浄方法はどのようなもので、洗浄度合いはどのように確認するのでしょうか？

Guanda Materials: 当社のタンク本体とスクリーニングシステム全体は比較的複雑な構造になっており、清浄度を判断することが困難です。通常、目視検査を行います。パイプ全体を含め、すべてのパイプを清掃できます。きれいな布を使用して、ほこりが見えなくなるまで拭くだけです。これが私たちの経験です。しかし、完全な除去を達成したい場合、たとえば、3536 の製造を終了してから 4169 を製造する場合、4169 が同じ噴霧システムを使用し、3536 が含まれていない場合は、それはありそうにないと思います。できる限り減らし、数ppmまたは数ppmの範囲に保つようにしてください。

ホールリスト：化学組成を変更して熱亀裂を減らすと、印刷された部品の機械的特性は変わりますか？

Guanda Technology: たとえわずかな変化であっても、影響はあります。たとえば、私の製品が 1200Mpa の引張強度を達成したい場合、カーボンを変更する可能性があります。元々は 1400Mpa でした。現在はひび割れは減少していますが、パフォーマンスは低下している可能性があります。または、当時の製品設計を満たすことができれば、1300Mpa に到達することもできます。第二に、機械的特性に対する要件が非常に厳しい場合、調整を行う際に機械的特性を考慮する必要があり、亀裂を防ぐためだけに無限の変更を行うことはできません。機械的特性、亀裂の状態、熱処理方法などを組み合わせる必要があります。これは体系的な分析です。特定の要素を下げれば、そのすべてのパフォーマンスが向上するというわけではありません。これは単なる相対的なアプローチです。お客様と協力する場合、私たちが材料を変えるだけでなく、お客様もプロセスを変える必要があります。これは、両者のコミュニケーションと体系的な研究の結果です。

ホールリスト: アモルファス合金粉末の場合、達成可能な最大冷却速度 K/s はどれくらいですか?

Guanda Materials：アモルファス合金粉末を作る際、アトマイズ自体は高速ガスです。例えば、吸入空気、アルゴン、窒素の場合、吸入温度は、例えば室温25℃（北東と南では室温に多少の偏差があります）ですが、噴霧器を通過した後、ガス、圧力、温度が変化して膨張し、噴霧ディスクから出てくるガス温度は約マイナス100℃なので、噴霧ディスクには影響がありません。アモルファス製品を作る場合、冷却速度は106～107k/s程度です。これは私の理解です。アモルファス粉末の製造が完了した後、テストと分析を実施したところ、確かにアモルファス構造を有していることがわかり、これは噴霧時の冷却速度が十分であることを示しています。

ホールリスト: 3D プリント粉末の製造に使用されている現在のエアロゾル技術の欠点は何ですか?

Guanda Materials: 中空のボールの方が気になります。アトマイズされた粉末は主にアルゴンと窒素で構成されており、液滴と相互作用するため、プロセス中にガスが溶鋼に引き込まれて中空ボールが形成される可能性があります。中空ボールは最終的に欠陥点になる可能性があり、密度は印刷にはあまり適していません。中空ボールを減らすことが私たちの主な目標です。VIGAの場合、中空ボールを減らすことはできますが、欠陥は必ず残ります。

ホールリスト: 現在の一般レベルはどれくらいですか?

Guanda Materials：市場はますます標準化され、厳しくなってきています。最初は 3% で十分ですが、後期には 2% で十分です。現在、一般的な要件は約 1%、または 1% 未満です。低いほど良いです。当社のレベルは約 1% で、さまざまな製品に分かれています。

ホールリスト：GH4169 の過熱温度は非常に高くする必要がありますか? 霧化圧力は非常に高くする必要がありますか?

Guanda Materials: 私の個人的な理解をお話しします。GH4169 の過熱度は高すぎてはいけません。高温合金と比較すると、GH4169 の粘度はそれほど高くありません。一般的に言えば、200° の過熱で十分であり、圧力はできるだけ低くする必要があります。まず、ボール形成性能が非常に良好で、あまり高い圧力を必要としません。第二に、低圧によりエアボールの可能性を減らすことができます。したがって、GH4169 の過熱度は可能な限り下限値に近い値を選択し、圧力も可能な限り下限値に近い値を選択する必要があります。

ホールリスト：IN738合金ですが、高温引張特性や高温耐久性について研究したことはありますか？

Guanda Materials: 当社は高温引張特性については取り組んできましたが、耐久性については取り組んだことがありませんでした。具体的なデータについては触れません。私たちはお客様と協力して、粉末を数回製造してきました。これは継続的な改善のプロセスでもあります。現時点では、引張特性は要件を満たしています。

ホールリスト：噴霧化以外に、より競争力のある粉末調製技術はありますか？

Guanda 材料: PREP は球形度が優れています。たとえば、ニッケルチタン合金は球形度が高いため、VIGA で製造するには適していません。要件に合わせて製造プロセスを選択します。たとえば、大量生産が必要な製品の場合、VIGA のコストが高すぎる場合があります。高含有量を必要としない一部の医療製品や自動車製品の場合、VIGA の方が適しています。その他PREP、EIGA、それぞれに利点があります。非常に厳しい基準を必要とする製品や、VIGA が満たすことができない製品を生産するには、当然ながら他の製造方法を選択する必要があります。

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