アルミニウムの積層造形

この投稿は warrior bear によって 2022-1-22 12:37 に最後に編集されました。

金属 AM ではさまざまな金属を製造できますが、アルミニウム AM は航空宇宙産業や自動車産業に特化した部品の開発に使用されます。この記事では、製造方法、利点、および用途について説明します。
△写真提供：MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
3D プリンティングは、積層造形とも呼ばれ、層ごとに材料を積み重ねる方法を使用してデジタルモデルから部品を製造します。 3D プリンティングは、ポリマー、金属、コンクリート、ハイドロゲルの製造に広く使用されています。
特に、金属積層造形は、鋳造、成形、機械加工などの従来の製造方法に比べて優れた点が多いため、大きな注目を集めています。
金属付加製造は、部品設計の自由度、部品の複雑さ、軽量化、部品の統合、機能設計などの利点があるため、航空宇宙、石油・ガス、海洋、自動車の各業界で使用されています。さらに、積層造形は工具を使わない製造技術であり、より短時間で高精度の高密度金属物体を製造できます。
アルミニウムの 3D プリントに使用される方法<br /> レーザーパウダーベッドフュージョン (LPBF) は、優れた表面仕上げと高精度でアルミニウムを 3D プリントする方法です。このプロセスは、強力なレーザーを使用して材料を局所的に溶かし、その後、固化した金属の連続層を形成することから始まります。この技術では、材料と部品のサポートが同時に生成され、アルミニウムベースの合金の特性に基づいてプロセスパラメータを変更し、多孔性、微細構造、最終的な材料特性を調整できます。
電子ビーム粉末床溶融結合法は、電子ビームを使用して金属粉末を固める LPBF に似たプロセスです。電子ビームの加工温度が高いため、3D プリント部品の単層は徐々に冷却され、LPBF に比べて微細構造が粗くなります。
AlSi10Mg は、3D プリントアルミニウムの工業用途で一般的に使用されるアルミニウム合金です。その利点は、高い強度、靭性、動的特性、改善された熱特性、および構築性です。
AlSi7Mg は、密度が低く、比強度が高く、延性が良く、鋳造性能と耐食性に優れたもう 1 つの典型的な鋳造アルミニウム合金です。航空宇宙、国防、自動車エンジン鋳造の構造部品に広く使用されています。 3D プリントされた AlSi7Mg の主な利点は、軽量、耐腐食性、および高い動的荷重支持能力です。
さらに、ある研究では、これまで金属積層造形法には適合しないと考えられていた Al6061 および Al7075 の印刷が成功したことが実証されています。
ベロ3D
3Dプリントアルミニウムに関する最新の研究<br /> 学術誌「セラミックス」に最近発表された研究によると、中国の研究者らは直接インク書き込み法を用いてリン酸アルミニウム結合Al2O3セラミックを印刷した。彼らの主な発見は、無機バインダーの添加により、Al2O3 セラミックが極めて低い寸法収縮を示すというものです。
最近の研究では、航空宇宙産業で使用するための 3D プリントアルミニウム複合サンドイッチ構造が検討されています。複合サンドイッチ構造の 3D プリントにより、航空宇宙産業における持続可能性と製造の柔軟性が向上します。
アルミニウムにナノマテリアルを追加することも、金属 3D プリントの最近の研究テーマです。ナノマテリアルは 3D プリントされたアルミニウムの機械的特性と熱的特性を向上させ、3D プリントプロセス中のナノ粒子の融合によって 3D プリントされたアルミニウムの特性が向上します。
アルミニウム 3D プリントの利点<br /> アルミニウム 3D プリントの利点は、微細構造と内部力の分布を変更することで、アルミニウムの機械的特性を変えることができることです。アルミニウム 3D プリントの研究では、従来の方法に比べて材料を節約できることも実証されています。金属付加製造を使用するハイテク産業では、従来の方法と比較して、複雑な部品の製造速度が速く、材料の強度と延性が向上するという利点があることが実証されています。
アルミニウムの付加製造により、従来の製造方法では高価で時間がかかり、あるいは製造不可能な、高度に最適化された構造の製造も可能になります。さらに、3D プリントされたアルミニウム部品を他のコンポーネントと組み合わせてハイブリッド構造を作成することもできます。
アルミニウム 3D プリントを使用すると、エネルギー吸収特性と内部強化特性を備えた構造部品を作成することも可能です。さらに、構造用途で生成される望ましくない残留応力を、有益なプレストレス力に変換することができます。
△北京宝航新素材アルミ合金部品
アルミニウム 3D プリントの課題と将来展望<br /> さまざまな産業用途におけるアルミニウムの 3D プリントには、依然として大きな課題が残っています。場合によっては、アルミニウムの 3D プリントは従来の製造方法よりも高価になります。金属 3D プリントでは、材料特性やさまざまな形状の変化に対応するために、既存の設計方法を変更する必要があります。
金属 AM 技術はより標準化する必要があり、製造された部品がライフサイクル全体にわたって信頼できることを保証するために、新しい品質保証手順を実装する必要があります。これらの技術的および産業的な課題が解決されれば、アルミニウム 3D プリントはさまざまな産業に応用できる大きな可能性を秘めています。

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