BEAMIT、軽量チタン合金Ti6242の3Dプリントプロセスを開発

この投稿は Spectacled Bear によって 2021-4-9 07:30 に最後に編集されました。

はじめに: 高温チタン合金は、その理想的な強度と重量特性により、自動車および航空宇宙分野で需要が高まっています。しかし、チタン部品のエンジニアリング対重量比、複雑な構造、動作温度、成長率は、従来の製造プロセスにとって課題となります。したがって、積層造形技術は、製造業者にとってこの課題を克服するための強力なツールとなっています。
アンタークティックベアは、イタリアのフォルノーヴォ・ディ・タロにあるBEAMITグループが2021年3月26日にチタン合金Ti6242の付加製造プロセスを開発したと発表したことを知りました。同社によれば、Ti6242はレースや航空宇宙用途の部品の製造に使用でき、従来の技術で加工された合金よりも性能が優れているという。

△ビームイットファクトリー・ルビアーノ（PR）
BEAMIT のレーザーパウダーベッドフュージョン (LPBF) 3D 印刷プロセスでは、他の材料と同等の引張強度と耐熱性を備えながらも、はるかに軽量な部品を製造できます。同社によれば、新たに開発されたプロセスは、廃棄物の防止と粉末のリサイクルを通じて持続可能性の利点も提供するという。レーシング分野では Ti6242 と同様の引張強度を実現する他の材料も利用可能ですが、それらははるかに重いです。 Ti6242 は、排気装置や超音速航空機エンジン材料などのニッケル超合金製の部品を置き換えることができ、強度を損なうことなく重量を軽減します。

△ビームイットグループゼネラルマネージャーアンドレア・スカナヴィーニ
3DプリントTi6242
Ti6242 は軽量で、引張強度が高く、最高 550°C の温度に耐えることができ、複雑な形状を印刷できます。 BEAMITは2019年にLPBF処理に適したTi6242積層造形プロセスの開発を開始しました。 Ti6242 は高温に耐える能力があるため、引張強度を犠牲にすることなく軽量部品を製造できます。このため、この合金はレースや航空宇宙における軽量で高性能なコンポーネントに最適です。 BEAMIT チームは、LPBF プロセスを通じて高温での Ti6242 の機械的特性を最適化し、最大 1 kMPa の引張強度と 4.5 g/cm3 の密度を達成することに着手しました。

△Ti6242の微細組織
BEAMIT グループの材料および特殊プロセスマネージャーである Alessandro Rizzi 氏は、この材料はレーザー粉末床溶融結合 (LPBF) に適しているが、実際の焦点は熱処理にあると述べています。研究チームは、室温と高温での機械的特性を最適化するためにさまざまな真空サイクルを設計し、統合された高圧熱処理プロセスを開発しました。 Ti6242 合金は、最高 550°C の温度で 600 MPa を超える高い強度対重量比を備えているため、鋼やニッケルの超合金に代わる、高い機械的強度と軽量化の用途に最適な材料です。

△極限引張強度（UTS）と温度の関係。BEAMITチームによるテストの後、3DプリントされたTi6242部品の機械的特性が、従来の方法（鍛造など）で製造されたTi6242および別の高性能チタン合金IMI834部品の特性と比較されました。3Dプリントされた部品の性能は、従来の鍛造部品よりも優れています。 LPBF で製造された Ti6242 は、溶体化処理 (β トランザス温度以上) および時効処理され、室温、300°C、550°C、750°C での引張試験によって特性評価されました。 (注: これらの合金は通常、550°C までの用途で使用されます。通常の動作温度を超える温度でのパフォーマンスを調べるために、750°C のテストが実行されています)。

降伏強度 (YS) 対温度グラフは、AM 製造された Ti6242 (赤) の極限引張強度 (UTS) および降伏強度 (YS) の機械的強度が、従来製造された Ti6242 および IMI834 (高温で最高の性能を発揮するチタン合金の 1 つ) の強度に匹敵することを示しています。 Ti6242 (AM) の延性は破断伸び (ε) 値によって決まります。

△ 破断伸び（ε）と温度の関係 BEAMIT によれば、このプロセスは自動車や航空宇宙などの産業における積層造形の役割を強化するものです。同社はまた、この技術は必要な材料のみを使用し、余分な粉末をリサイクルすることで持続可能であり、廃棄物を削減できると主張している。
3Dプリントチタン合金の応用<br /> 自動車分野では、高級車メーカーのブガッティが、シロン・ピュア・スポーツモデルの排気テールパイプ、ボリデ・スーパーカーのチタン製ブレーキキャリパーやチタン製フロントウィングブラケットなど、一部の車両に3Dプリントされたチタン製部品を採用し、重量を軽減し、部品の耐熱性を向上させている。
△ブガッティスポーツカーの排気管。EOS M400マルチレーザー金属3Dプリンターを使用して製造。同時に、自動車改造の専門家1016 Industriesはチタンとカーボンファイバーの3Dプリントを組み合わせました。 3D プリントされたパフォーマンスパーツを、マクラーレン 720S スポーツカーの超軽量バージョンに統合します。この技術のおかげで、特別版モデルはオリジナルモデルよりも約9％軽量化されました。
△ Farsoon High-Tech FS271M金属レーザー焼結システム、写真はFarsoon High-Tech提供。航空宇宙分野での3Dプリントチタン材料の開発も大きな進歩を遂げている。たとえば、SLM および SLS 3D プリンターメーカーの Farsoon Technology は、顧客である Aerospace Haiying (Harbin) Titanium Co., Ltd. が FS271M 3D 印刷システム専用に新しい高温チタン材料 TA32 を開発したと発表しました。合金部品は最高 550 度の動作温度に耐えることができ、高温でも優れた引張強度、柔軟性、可塑性を備えています。
△ 2016年にユタ州ヒル空軍基地で基地整備中に、F-22戦闘機の部品が新しい金属3Dプリント部品に置き換えられる。新しいチタン部品は腐食せず、従来製造された部品よりも迅速かつ低コストで調達できます。 R. ニアルブラッドショーによるアメリカ空軍の写真。
海外では、アメリカの航空宇宙メーカーであるスピリット・エアロシステムズが、ボーイング787の前部胴体に3Dプリントされたチタン構造部品をすでに搭載しているほか、アメリカ空軍のヒル空軍基地も、航空宇宙・防衛関連企業ロッキード・マーティンが製造したF-22戦闘機に3Dプリントされたチタン合金ブラケットを組み込むことに成功している。
△RPDベッドは2017年からボーイング787ドリームライナー用のチタン部品を生産している。写真提供：Norsk Titanium
ビームットグループ
フォルノーヴォ・ディ・タロ（パルマ）に本社を置く BEAMIT グループは、金属粉末積層造形（AM）の分野で 24 年間事業を展開しています。パルマとレッジョ・エミリア地域の 5 つの施設に 48 の付加製造システムが設置され、100 人を超える従業員を擁する、ヨーロッパ最大の 3D プリントセンターです。 BEAMIT グループは、航空宇宙、自動車、エネルギー、モータースポーツ、産業工学などの要求の厳しい業界向けのハイエンド金属付加製造コンポーネントを専門としており、航空宇宙向けの AS/EN 9100:2018、NADCAP 承認 (国家航空宇宙および防衛請負業者認証プログラム)、IATF Automotive など、関連する品質認証を多数取得しています。幅広いAM合金と金属3Dプリントの卓越した専門知識を備えたハイテクエンジニアリングと金属粉末の世界的リーダーであるサンドビックグループは、2019年にBEAMITの株式の大部分を取得しました。 2020年、BEAMITはPRES-Xの株式を大幅に取得しました。 PRES-X は、3D プリントの特殊な後処理の分野における革新的なスタートアップ企業です。その後、AM サービスビューロー ZARE の株式を 100% 取得し、ヨーロッパを代表する 2 社が力を合わせ、最も要求の厳しい業界にサービスを提供する世界最大の積層造形グループを創設しました。

参考：1. BEAMIT がチタン Ti6242 の付加製造プロセスを開発：持続可能な工業生産の画期的進歩。
2. BEAMIT、軽量自動車・航空宇宙部品向けTi6242の3Dプリントプロセスを開発
3. BEAMIT、強度と軽量性に優れたチタン合金Ti6242の3Dプリントプロセスを開発
4. 330万ドルのブガッティは3Dプリントされたチタン製排気管を使用している
5. 4000万元のブガッティには3Dプリントされたチタン製ブレーキキャリパーが搭載されている
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