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

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



ウィスコンシン大学マディソ校、大型スパッタ、セラミックナノ粒子、レーザー粉末床溶融結合

<<:  3Dプリントはカスタマイズされたパッケージを簡単に実現し、ブランドと消費者の距離を縮めます

>>:  汗をかかずにハイキングできる格子構造の 3D プリント バックパック ランバー サポート

推薦する

3Dプリント繊維強化複合構造の弾性パラメータの予測

寄稿者: 張俊康、田暁勇繊維強化複合材料の 3D プリント技術の発展に伴い、多くの学者が建設業界のジ...

アメリカのアニメ映画「KUBO/クボ 二本の弦の秘密」の公開が迫る中、6万6000個の顔型が3Dプリントされる

アメリカのアニメ映画「KUBO/クボ 二本の弦の秘密」が2016年8月19日に公開されることをアンタ...

英国ハックニー、3Dプリントの循環型経済に大きな期待

2022年7月24日、南極熊は、英国ハックニー自治区が最近、地元企業の循環型経済推進を支援するハッ...

お手頃価格の後処理装置! Nexa3DがxWASH Smartを発売

この投稿は Spectacled Bear によって 2021-7-12 09:48 に最後に編集さ...

中国科学院:新しいセラミック材料は将来「宇宙3Dプリント」に使用できる可能性がある

南極熊は中国科学院宇宙応用工学技術センターから、同センターの研究者らが最近、欧州の無重力航空機を使用...

Chunli Medical の 3D プリント腫瘍膝関節プロテーゼが販売承認されました!

出典: 春麗正大2024 年 1 月 22 日、Antarctic Bear は、医療用 3D プリ...

金属 3D プリントのサポートの改善によりコストが 20% 削減され、原子力エネルギー産業で活用される 100 万ドルの賞金を獲得

2018年7月16日、アンタークティック・ベアは、ピッツバーグ大学スワンソン工学部の研究者チームが...

SLM 技術の発明者、ラインハルト・ポプラウェ教授: レーザー積層造形技術の応用と課題

2017年中国積層造形会議・展示会(AMCC2017)が杭州国際博覧センターで開催されました。ドイ...

2023年の両アカデミーの会員リストが発表され、3人の新しい会員が積層造形に携わった。

はじめに: 2023年11月22日、待望の2023年度両院の院士選挙結果リストが発表されました。中国...

3Dプリントの用途は拡大し続けており、口腔修復の分野での利点が強調されています。

この投稿は Little Soft Bear によって 2016-10-13 14:10 に最後に編...

インドの宇宙機関は、月面にイグルーのような基地を3Dプリントする計画を立てている

インド宇宙研究機関(ISRO)は、月面に3Dプリントされた月面居住施設を建設する可能性を模索している...

3Dプリントは住宅デザインに統合され、日常生活を完璧に創造します

出典: グッドデザインネットワーク建築会社 DUS は建築 3D プリントの専門家であり、現在はイン...

3D プリントにより、宇宙船のアンテナの軽量化が実現しました。部品の数は 100 個から 1 個に減り、重量は 95% 削減されました。

アンテナは 100 年以上前に発明されて以来、広く使用され、ほぼすべての商用航空機、軍用航空機、衛星...

3Dプリント住宅がアメリカの不動産市場に登場。24時間以内に3万元以下で自分の家を持つことができる。

誰もが自分の家を所有し、この世に安定した住まいを持ち、風雨から身を守り、疲れたときに帰る場所を持ちた...