アディティブマニュファクチャリング用に作成された4つのオーダーメイドの材料

アディティブマニュファクチャリングの継続的な成長に伴い、企業や研究者はさまざまなサブテクノロジー、アドオン、および印刷を最適化する手段を考案してきました。ただし、最適化されたオブジェクトを実現する別の方法は、使用されているマテリアルを最適化することです。これにより、3D印刷用に作られたさまざまな素材が生まれました。これらはすべて、正確な制御によって実現される理想的な特性を示しています。

これらの材料のいくつかは、3D印刷用に、または3D印刷を使用して非常に特別に設計されているため、新しい斬新な特性と機能を備えたテクノロジーを提供します。最も有望な資料のいくつかを次に示します。

スカルマロイ

写真提供者：Beamler

3D印刷用に特別に開発された最初のオリジナル素材として宣伝されたこのスカンジウム（SC）、アルミニウム（AL）、マグネシウム（M）の混合物は、すべて1つの合金に統合されています。この資料は元々、エアバスグループの子会社であるAPWorksによって開発され、特許を取得しました。金属印刷材料として、それは強化された強度のようないくつかのユニークな特徴を示します（主にスカンジウムの存在による）。

強度の点では、従来のアルミニウムやその派生合金の多くを凌駕することができます。軽量で耐食性があることと相まって、チタンよりもさらに強力です。もちろん、鉱石からの抽出にも費用がかかる希少金属であるスカンジウムが含まれているため、材料の作成には費用がかかる可能性があります。価格またはスカンジウムは1キログラムあたり4000ドルから20,000ドルの間で変動する可能性があり、主要な採掘場所は中国とロシアにあります。

Scalmalloyは、耐久性が高く長持ちする部品に最も役立ちます。これが、自動車産業やロボット工学で人気が高まっている理由であり、多くの場合、熱交換器の一部となっています。ご想像のとおり、Scalmalloyは、その原産地である航空宇宙産業でも極めて重要な役割を果たしています。

NewGenSLMマテリアル

写真提供者：TU Graz

この金属は、オーストリアのTUグラーツの好意により提供され、窒化ケイ素のブレンドを金属AM専用ステンレス鋼の開発に適用しました。 NewGen SLM材料と呼ばれ、形成プロセス中の反応がより制御され、表面仕上げが改善され、サポートの必要性が最小限に抑えられます。 316Lステンレス鋼は、世界中の複数の業界で使用されている最も一般的な材料の1つであり、NewGenバージョンは、特に選択的レーザー溶融を使用した印刷の特性が向上しています。

研究者は、複数のブレンドを使用したさまざまなバージョンの修正ステンレス鋼調合をテストしました。他の材料の機械的特性と多孔性をテストしたところ、焼結の歪みは、その中の窒化ケイ素とホウ素を厳密に制御することで低減できるという結論に達しました。彼らはこれらの発見を学術論文「Si3N4添加によるAISI316L+Bシンターの寸法安定性と機械的特性の改善」に発表しました。

ホウ化物は焼結体の密度を高めるため、鉄ベースの材料ではうまく融合しません。その結果、不要な層が粒子の周囲に形成される可能性があります。窒化ケイ素はこの要因を軽減し、より良い表面仕上げにつながります。研究者は、機械的特性と最終用途の特性を向上させるだけでなく、NewGenSLM材料に必要な支持構造を少なくするために金属粉末を変更しました。そうすることで、修正されたステンレス鋼は、従来の金属プリントよりもさらに軽くなる可能性があります。

現在、研究者たちはこの特定の資料をまだ商品化しています。彼らはまた、同様の方法で利益を得る可能性のある他のそのような材料をテストするために、この研究ラインを強化しています。彼らの仕事は通知を受けており、適切なスタートアップを確立するためにスピンオフフェローシッププログラムと協力しています。

3Dプリントされた高強度アルミニウム合金

https://www.youtube.com/watch?v=8YwlenA4bdg

HRL研究所によって発明されたこの特定のアルミニウム株は、最近商品化され、アルミニウム協会によって登録されました。付加的に製造された高強度アルミニウムは、アルミニウム協会によるこのような合金の初めての登録でもあり、アルミニウム粉末の登録番号は7A77.50、印刷された合金自体の登録番号は7A77.60Lです。

この材料は、2019年2月に協会の新しい添加剤合金登録システムをマークしたという点でも特別でした。これは、添加剤製造能力のためにさまざまな新しい材料が出現した直接の結果でした。これは、この種の最初の印刷可能な合金でした。

化学的には、合金はHRLのナノ粒子機能化技術を使用して開発されました。この特定の材料はジルコニウムベースのナノ粒子を使用していますが、この材料製造モードの本当の利点は、印刷できないと見なされることが多い他のさまざまな金属や合金に適用できることです。その結果、HRLは、新しい材料を3D印刷の世界に持ち込むことができる他のさまざまな方法も検討しています。

結晶学、メタマテリアル、世界で最も剛性の高いプラスチック構造

写真クレジットETHチューリッヒ/MIT

前の例が示すように、新しい材料の配置は、常に新しい材料を発見したり、材料の化学組成を変更して印刷可能にすることではありません。時々、既存の材料を使用する新しい方法は、特別な何かを提供することができます。これは、刺激的な結果を生み出すように構造化された材料を含むさまざまな材料構造の場合でした。

一例として、MITとETHチューリッヒを組み合わせたプロジェクトが挙げられます。研究者は、プラスチックの構造をナノスケールで再配置することにより、可能な限り最高の剛性対重量比を備えた材料を作成しました。これにより、非常に剛性の高い材料が得られ、同時にこの剛性と比較的軽量のバランスが取れました。本質的に、彼らは可能な限り最も硬い材料を開発し、その微細構造の配置方法を微調整するだけで物理学が許す理論的限界にかなり近いものになりました。

この種の剛性と重量の比率は、高強度の医療用インプラント、飛行機、レースカーにとって非常に重要です。前述のように、主なアイデアは、マイクロスケールでの建設に比べて、使用されている材料にはあまり含まれていません。トラス、ガードル、アーチの複雑なパターンを使用して、研究者は強度と耐久性を最大化しました。

同様に、シェフィールド大学とインペリアルカレッジの研究者は、合金を印刷する新しい方法を作成することを期待して、耐久性を向上させるために印刷物に新しい微細構造を使用することを研究していました。結晶学的メタマテリアルの使用における彼らの研究は、コンピューター原子モデリングを利用して、これまでに見たことのない構造を作成しました。これらの結晶構造は、それらが説明したように、粒界のない、連続的で壊れていないプリントをもたらします。これにより、エンドプリントの損傷許容性、強度、および靭性が向上します。

このような材料は、ノードとストラットが周期的に配置されているため、従来のソリッドでは発生しない特性の組み合わせを示しながら、軽量になっています。結晶性材料に見られる硬化メカニズムを採用して、堅牢で損傷許容性のある材料を開発することにより、サブトラクティブ製造では管理できない印刷可能な材料を作成しました。

同様のアイデアが4D印刷の分野にも浸透しており、微細構造が非常に繊細にバランスされているため、平均的な材料がさまざまな配置のロボットや機能アイテムに変わります。 3D印刷は、設計された目的を果たし、製造と研究の世界で新しいフォームの作成を促進するまで、細部をいじくり回すこれらの機能を提供することがよくあります。