粉末の未来

スウェーデンの会社 VBN Components は、添加剤を含む粉末を使用する添加剤技術を利用した鉄鋼製品、主にドリルやフライスなどの工具を製造しています。 3D プリント技術により、鍛造や機械加工の必要性がなくなり、原材料の消費量が削減され、エンドユーザーに高品質の材料の幅広い選択肢が提供されます。

VBN コンポーネントの提供には次のものが含まれます。 ビベナイト 290スウェーデンの会社によると、これは世界で最も硬い鋼（72 HRC）です。 ビベナイト 290 を作成するプロセスでは、材料の硬度を徐々に高めていきます。 この原材料から目的の部品を印刷したら、研削または EDM 以外のさらなる加工は必要ありません。 切断、フライス加工、穴あけは必要ありません。 したがって、同社は最大 200 x 200 x 380 mm の寸法の部品を作成しますが、その形状は他の製造技術では製造できません。

鋼材は必ずしも必要というわけではありません。 HRL Laboratories の研究チームは 3D プリンティング ソリューションを開発しました。 アルミニウム合金 高い強度を持っています。 いわゆる ナノ機能法。 簡単に言うと、この新しい技術は、特殊なナノ機能性粉末を 3D プリンターに適用し、レーザーで薄層を「焼結」し、三次元物体の成長につながるというものです。 溶融および凝固中に、ナノ粒子が合金の意図した微細構造の核生成中心として機能するため、結果として得られる構造は破壊されず、最大の強度が維持されます。

アルミニウムなどの高強度合金は、重工業、航空 (機体など) 技術、自動車部品で広く使用されています。 ナノ機能化という新技術により、高い強度を実現するだけでなく、さまざまな形状やサイズを実現しました。

減算ではなく加算

従来の金属加工方法では、廃棄物は機械加工によって除去されます。 加算プロセスは逆に機能します。これは、少量の材料の連続した層を適用して追加することで構成され、デジタル モデルに基づいてほぼあらゆる形状の XNUMXD パーツを作成します。

この技術はプロトタイピングとモデルの鋳造の両方にすでに広く使用されていますが、市場向けの商品やデバイスの製造に直接使用することは、効率が低く、材料特性が不十分であるため困難でした。 しかし、世界中の多くのセンターの研究者の取り組みのおかげで、この状況は徐々に変わりつつあります。

骨の折れる実験を通じて、２Ｄプリンティングの２つの主要な技術が改良されました。 金属のレーザー蒸着 (LMD) および 選択的レーザー溶解 (ULM)。 レーザー技術により、50D 電子ビーム印刷 (EBM) では不可能な、微細なディテールを正確に作成し、良好な表面品質を得ることが可能になります。 SLM では、レーザー ビームの先端が材料の粉末に照射され、所定のパターンに従って 250 ～ 3 ミクロンの精度で粉末を局所的に溶接します。 次に、LMD はレーザーを使用して粉末を処理し、自立する XNUMXD 構造を作成します。

これらの方法は、航空機部品の作成に非常に有望であることが証明されています。 特に、金属のレーザー蒸着は、航空宇宙部品の設計の可能性を広げます。 これまでは不可能だった複雑な内部構造や勾配を備えた材料から作ることができます。 さらに、両方のレーザー技術により、複雑な形状の製品を作成し、幅広い合金から製品の拡張機能を得ることが可能になります。

昨年350月、エアバスは量産型AXNUMX XWBに付加印刷を搭載したと発表した。 チタンブラケット、アルコニック社製。 Arconic と Airbus の契約では、チタン ニッケル粉末からの 3D プリントが提供されているため、これで終わりではありません。 体の部分 i 推進システム。 ただし、Arconic はレーザー技術を使用しているのではなく、EBM 電子アークの独自の改良版を使用していることに注意してください。

金属加工における添加剤技術の開発におけるマイルストーンの 2017 つは、XNUMX 年の秋にオランダのダーメン造船所グループの本社で発表された史上初のプロトタイプになる可能性があります。 船のプロペラ にちなんで名付けられた金属合金 ヴァームペラー。 適切なテスト（そのほとんどはすでに実施済み）を経て、このモデルは船上での使用が承認される可能性があります。

金属加工技術の将来はステンレス鋼粉末または合金部品にあるため、この市場の主要企業を知ることは価値があります。 2017 年 3 月に発行された「積層造形金属粉末市場レポート」によると、最も重要な XNUMXD プリンティング金属粉末メーカーは、GKN、日立化成、Rio Tinto、ATI Powder Metals、Praxair、Arconic、Sandvik AB、Renishaw、Höganäs AB、 Metaldyne Performance Group、BÖHLER Edelstahl、Carpenter Technology Corporation、Aubert & Duval。

プロペラプリント WAAMpeller

液相

現在、最もよく知られている金属添加技術は、出発材料に必要な高温で「焼結」およびレーザー溶融された粉末の使用 (これが前述のビベナイトの作成方法です) に依存しています。 しかし、新しい概念も生まれています。 北京にある中国科学院の低温生体医工学研究所の研究者らが、ある方法を開発した。 「インク」を使った3Dプリント、室温よりわずかに高い融点を持つ金属合金で構成されます。 Science China Technological Sciences 誌に掲載された研究で、研究者の Liu Jing 氏と Wang Lei 氏は、ナノ粒子を添加したガリウム、ビスマス、またはインジウムベースの合金の液相印刷技術を実証しています。

従来の金属プロトタイピング方法と比較して、液相 3D プリンティングにはいくつかの重要な利点があります。 第１に、３次元構造の比較的高い製造速度を達成することができる。 さらに、ここでは冷却剤の温度と流量をより柔軟に調整できます。 さらに、液体導電性金属は非金属材料 (プラスチックなど) と組み合わせて使用​​できるため、複雑なコンポーネントの設計の可能性が高まります。

アメリカのノースウェスタン大学の科学者らは、これまで知られていたものよりも安価で複雑さが少ない、新しい金属 3D プリント技術も開発しました。 金属粉末、レーザー、電子ビームの代わりに、 電気オーブン i 液体材料。 さらに、この方法はさまざまな金属、合金、化合物、酸化物に適しています。 これは、プラスチックでよく知られているノズル シールに似ています。 「インク」は金属粉末を特殊物質に溶解し、エラストマーを添加したものです。 塗布時は室温です。 その後、ノズルから塗布された材料の層は、炉内で生成された高温で前の層とともに焼結されます。 この技術は専門誌「Advanced Functional Materials」に記載されています。

中国の液体金属相印刷法

2016 年、ハーバード大学の研究者は、XNUMXD 金属構造を作成できる別の方法を導入しました。 「空中に」印刷されました。 ハーバード大学は、他のものとは異なり、オブジェクトを層ごとに作成するのではなく、金属を瞬間的に凍らせることで「空中に」複雑な構造を作成する3Dプリンターを作成しました。 このデバイスは、ジョン A. ポールソン工学応用科学大学院で開発され、銀ナノ粒子を使用してオブジェクトを印刷します。 集束されたレーザーが材料を加熱して融合させ、らせんなどのさまざまな構造を作成します。

医療用インプラントや航空機エンジン部品など、高精度 3D プリントされた消費者製品に対する市場の需要は急速に成長しています。 また、製品データは他のユーザーと共有できるため、金属粉末と適切な 3D プリンターにアクセスできれば、世界中の企業が物流コストと在庫コストの削減に取り組むことができます。 ご存知のとおり、ここで説明した技術は、従来の製造技術に先駆けて、複雑な形状の金属部品の製造を大幅に容易にします。 特殊なアプリケーションの開発により、価格が下がり、従来のアプリケーションでも 3D プリンティングが使用できるようになる可能性があります。

最も硬いスウェーデン鋼 - 3D プリント用:

世界で最も硬い鋼 - スウェーデンのウプサラで作られています

印刷用アルミフィルム： 

冶金学のブレークスルー: 高強度アルミニウムの 3D プリンティング