Nature Communications: セラミックナノ粒子を使用した金属 3D プリントの欠陥の制御

南極熊の紹介： 2022年3月16日、ウィスコンシン大学マディソン校のLianyi Chen教授と彼の研究チームは、レーザー粉末床融合（LPBF）3D印刷技術をアップグレードおよび改善し、セラミックナノ粒子を使用して金属3D印刷中に生成される大きな飛散物を排除し、金属3D印刷で発生する欠陥を制御しました。

従来の製造方法と比較して、3D 印刷技術は非常に複雑な形状の金属部品の製造に大きな利点があります。レーザー粉末床溶融結合は、柔軟な設計とリソースの高効率利用で金属部品を製造するために使用される 3D 印刷技術です。その主な利点は、複数の部品、さらには大型の部品を、かなり高い解像度で製造できることです。

△レーザー粉末床溶融結合法（LPBF）3Dプリントの概略図。 Googleからの画像
LPBF 材料は、製造プロセス中にスパッタによってさまざまな種類の気孔や亀裂が形成されやすいため、疲労挙動を起こしやすい傾向があります。これらの欠陥は、完成部品の強度と耐久性に重大な影響を及ぼす可能性があります。

ウィスコンシン大学マディソン校機械工学科助教授のリアンイー・チェン氏は、「金属3Dプリントでは、従来のプロセスと同じ高品質と信頼性を備えた部品を一貫して生産することができません。つまり、重要な用途や荷重を支える用途で使用される3Dプリント部品の必然的な故障を常に心配しているのです。この品質の問題が、金属3Dプリントの完全導入に対する最大の障害です」と述べています。（例えば、航空宇宙、医療、防衛など）

△ 研究室で働く、Lianyi Chen教授（左）と博士課程の学生Luis EscanoさんとMinglei Quさん（右）。画像提供：RENEE MEIL LER
現在、チェン氏と彼の学生たちは、レーザー粉末床融合 3D 印刷技術を改良することで、金属部品の欠陥を大幅に削減する方法を発見しました。彼らはその研究結果を、Nature Communications誌に最近発表した論文で詳しく述べた。

「私たちは金属3Dプリント技術の信頼性を高め、一貫性のある欠陥のない部品を生産できるようにする方法を開発した」とチェン氏は語った。「当社独自の方法を使用することで、欠陥がなく、市販の部品に匹敵する品質の、ほぼ完璧な金属部品を印刷することができました。」これは、金属 3D 印刷における長年の課題に対する解決策であり、この製造技術の広範な採用への扉を開きます。

レーザー粉末床溶融結合法では、集中した高エネルギーレーザービームを使用して金属粉末の薄い層を選択的に溶かし、コンピューター支援設計モデルを直接部品に変換します。しかし、粉末床をレーザーで集中的に加熱すると、蒸気ジェットの高速上向き蒸気流によって粉末や液滴が噴出され、スパッタが形成され、プロセスが著しく不安定になる可能性があります。周囲のガスをレーザービームに向かって流し、粉末の巻き込みを引き起こします。この不安定性により、3D 印刷プロセスにさまざまな欠陥が発生します。

△ LPBF製造における大きな飛沫を排除するためにナノ粒子を使用する。画像はNature Communicationsより
研究者らは、3D プリントレーザー粉末床融合製造プロセスにおける欠陥を安定化するためにセラミックナノ粒子を使用する技術を概説します。研究者たちは金属粉末をセラミックナノ粒子でコーティングすることで、こうした不安定性を制御することができます。高速シンクロトロンX線画像化とデータ分析を使用して、研究者らは、ナノ粒子コーティングが溶融池を安定させ、液滴の噴出や大きなスパッタの形成を防ぐことを発見した。

△微細構造と性能、写真はNature Communicationsより
「ナノ粒子を導入すると、液滴の表面に鎧の層が形成されるように見え、衝突しても融合しないことがわかった」と研究主任研究者のミンレイ・ク氏は述べた。大きな飛沫の問題を効果的に除去できたのは今回が初めてでした。

チェン氏は、3Dプリンティングへの応用に加えて、この技術の進歩により、レーザー研磨、レーザークラッディング、溶接、鋳造、流体安定性制御など、幅広い用途の改善につながる可能性があると述べた。

この研究の他の著者には、Qilin Guo、Luis I. Escano、Ali Nabaa、S. Mohammad H. Hojjatzadeh、Zachary A. Youngなどがあり、いずれもChen研究室の大学院生である。

この研究は、国立科学財団とウィスコンシン大学マディソン校起業家基金からの助成金によって支援されました。

セラミックナノ粒子を使用して金属3Dプリントの欠陥を制御する
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28649-2#倫理

Nature Communications: セラミックナノ粒子を使用した金属 3D プリントの欠陥の制御

ドイツのJAMES合弁会社が3Dプリントエレクトロニクス技術の開発を推進

コンフラックスはゼネラルアトミックスと協力し、金属3Dプリント熱交換器の開発に向けた新たな道を切り開いていきます。

サミットフォーラムでは、2025年の展望と医療用3Dプリンティングの「スモール時代」をどうリードしていくかが議論されました。

HPの技術が1000万個の3Dプリント部品を完成、大量生産はもはや夢ではない

3Dプリントは美容と食品を切り離せないものにし、エスティローダーの上海のポップアップ3Dプリントコーヒーショップはインターネットの有名人になる

15年間の長期協力、時間はShining 3Dスキャナーをテストするための最良の基準です

【分析】精密鋳造業界における3Dプリントの応用

ドイツのフラウンホーファーILT研究所が「世界最大」の3Dプリントセンターを開設

AI+3Dテクノロジーを搭載したScanTechがロボット経路インテリジェント計画・誘導システム「M-Track」をリリース

デンマークの学者が「タンパク質を豊富に含んだ 3D プリントのパーソナライズされた食事中のレモンムースの印刷性、安定性、感覚特性」を研究

推薦する

3Dプリント能力は400台を超え、ジュンチェンナイロンの能力と品質は完全にアップグレードされます

EOSの専門家は、サポートフリーの金属3Dプリントの最適化ソリューションを提案し、閉じたインペラのサポートフリープリントを実現

Yuanzhu Intelligent ゼネラルマネージャー Han Chengchao: 3D プリントは業界の新しいデジタルエコシステムの構築に役立ちます

パキスタンのテレビ局が、青峰科技の3Dプリントインソール、メガネ、歯科製品、プリンターを放送

3D プリントされたギターで曲を演奏してみませんか?達成する方法を教えます

湖州国前インテリジェント工業団地が3Dプリントをサポート

メーカー教師として、半分の労力で 2 倍の結果を達成するために 3D プリンターをどのように選択すればよいでしょうか?

ストラタシスは、効率性の向上とコスト削減を実現する2つの新しい3Dプリントソフトウェア、GrabCADをリリースしました。

2017年、金属3Dプリント市場は活況を呈し、FarsoonのFS121M-Dの売上は前年比160%増加した。

1億ドルを調達し、5万台のSLA 3Dプリンターを販売した後、Formlabsは中国に工場を建設した。

【受講申込】3Dプリント研修コース、17日間で理解からプロフェッショナリズムへ！

カーボン、デジタル製造市場の急成長に対応して樹脂材料の値下げを発表

3Dプリントされたセラミック格子吸着剤が水からパーフルオロ化合物とポリフルオロアルキル化合物の75%を除去

スポット径50ミクロンの世界初のデスクトップSLA 3Dプリンター：最小印刷層厚10ミクロン

東京大学、汗をかき、腕立て伏せをし、バドミントンができるヒューマノイドロボットを3Dプリント