摩擦攪拌堆積 3D 印刷技術は SLM より 10 倍高速です。MELD 製造会社と大学が協力して新技術研究を推進

はじめに: 従来の金属 3D 印刷技術では、主に高エネルギービームを使用して材料を溶かし、冶金結合を完了します。溶融プロセスには固体と液体の相変化が伴うため、印刷中に材料に欠陥が生じることは避けられません。 MELD Manufacturing Company が発表した摩擦撹拌積層法 3D 印刷技術は、異なるアプローチを採用し、高エネルギー熱源を使用せず、保護雰囲気も必要としない、粉末床溶融結合技術の 10 倍の成形速度を持つ新しいタイプの摩擦撹拌積層法の付加製造技術を開発しました。
2022年3月7日、アンタークティックベアは、バージニア州クリスチャンズバーグに拠点を置く3Dプリント技術開発企業であるMELD Manufacturingがバージニア工科大学と提携し、積層造形摩擦堆積技術のさらなる進歩を目指していることを知りました。
MELD Manufacturing は、金属摩擦堆積プロセスの開発と研究を継続的に進め、この技術に基づいた 3D プリンターを製造しています。現在、バージニア工科大学の材料科学工学研究所のユー氏の研究グループは、学術的な立場でこの技術の研究を先導し始めている。
バージニア工科大学によれば、同大学の研究対象には、温度、材料の流れと変形、動的相と微細構造の進化、ヘテロ構造材料の設計と製造などのプロセスの基礎が含まれます。チームはまた、磁性材料、金属ガラス、形状記憶材料を使用した新しい用途の開発も望んでいます。
「当社はバージニア工科大学の材料科学部と密接な関係があります」と MELD Manufacturing の CEO 兼創設者であるナンシー・ハードウィック氏は説明します。「同大学の専門知識は当社にとって重要であり、同大学がすでに当社の機械を 1 台所有し、世界クラスの特性評価装置も備えていることは、まさに理想的な組み合わせです。これは新しいプロセスであるため、お客様は当社が印刷する材料について多くのことを知る必要があります。バージニア工科大学は、当社がその情報を得るのに協力してくれています。」
△積層造形摩擦攪拌積層技術。写真提供：MELD Manufacturing。
添加剤による摩擦撹拌堆積はどのように機能しますか?
MELD Manufacturing は、他の金属 3D 印刷技術とは異なり、融点以下で動作し、印刷された材料を溶かす傾向のない固体プロセスである付加製造摩擦攪拌堆積プロセスに関して 12 件を超える特許を保有しています。
この技術から、固体のフィードロッド（印刷材料）が中空の回転ツールに押し込まれ、フィードロッドが下の基板に接触すると、摩擦によって基板に汚れて付着し始め、塑性変形を起こしますが、決して溶けないことがわかります。高速回転する工具は材料を加熱する効果があり、材料はこのような激しい塑性変形を受けるのに十分なほど柔軟になります。最初の層が適用されると、フィードロッドを持ち上げて押し戻すだけで、最終的な 3D パーツが完成するまでさらに層を印刷できます。
摩擦堆積プロセスは、アルミニウム、チタン、スチール、ニッケルベースの超合金など、幅広い金属と互換性があります。 MELD の 3D プリントアプリケーションは主に防衛分野向けで、部品のコーティング、コンポーネントの修理、金属接合、カスタマイズされた金属マトリックス複合ビレットなどが含まれます。
積層造形摩擦撹拌堆積技術は固体であるため、従来のレーザー 3D 印刷に比べて残留応力が低く、エネルギー要件が大幅に低くなります。また、多孔性、高温割れ、および融合技術に関連するその他の問題が発生しにくい材料にも対応します。
さらに、MELD のテクノロジーは単一ステップのプロセスであるため、ユーザーは部品の品質を向上させるために焼結や熱間等方圧プレス (HIP) などの面倒な後処理ワークフローを心配する必要がありません。
△特許取得済みのMELDソリッドステートプロセス。写真提供：MELD Manufacturing。
サイズとスピードの組み合わせ<br /> MELD によれば、付加的な摩擦攪拌堆積技術により、前例のない規模で大型金属部品を生産することが可能になります。これは、この技術が小さな粉末床や真空システムに限定されず、開放大気中で実行でき、動作環境や材料の表面状態によって制限されないプロセスであるという事実に起因します。 MELD 社はまた、この技術により粉末床溶融結合などのプロセスよりも 10 倍以上速く材料を堆積できると主張している。
ハードウィック氏はさらにこう付け加えた。「これまでは鍛造でしかできなかった大型部品を製造できるようになりました。他の 3D 印刷技術では印刷できない合金も作成できます。また、屋外で印刷できるため、規模の制限もありません。これは信じられないほど拡張性の高い技術です。」
△前方作戦基地向けMELD積層造形メンテナンス概念図。画像提供: MELD Manufacturing Additive Manufacturing 摩擦攪拌積層法は、近年登場した数多くの 3D 印刷プロセスの 1 つにすぎません。今週、バルセロナを拠点とするBCN3Dは、新しいViscous Lithography Manufacturing（VLM）3D印刷技術を発表し、同社が樹脂市場に参入したことを明らかにした。この方法は、2 種類の高粘度樹脂を同時に使用して印刷できるマルチマテリアルアプローチです。
一方、エアバス、サフラン・ランディング・システムズ、スコットランド国立製造研究所（NMIS）を含むコンソーシアムは最近、航空宇宙分野向けの新しいハイブリッド指向性エネルギー堆積（DED）3D印刷プロセスの調査を開始した。この新技術は、伝統的な製造企業が現在直面している課題を克服するように設計されており、製造コストや納期に関連する問題のいくつかを解決すると伝えられている。

摩擦攪拌堆積 3D 印刷技術は SLM より 10 倍高速です。MELD 製造会社と大学が協力して新技術研究を推進

高精度3Dデジタル化技術は、世界中の学者の科学研究の助けとなっている。

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