3D プリント用の 5 つの金属材料

この記事では、金属 3D プリント用の 5 つの金属粉末を紹介します。 アルミニウム合金です 、マグネシウム合金 、ステンレス鋼 、耐熱合金 、チタン合金 .

3D プリント技術とは

3D プリント ラピッド プロトタイピングの一種です これは、原材料を使用して層ごとに積み上げ、3 次元ソリッド モデルを完成させる技術です。これはデジタル モデル ファイルに基づいており、結合可能な材料 (プラスチックや粉末金属など) を使用して、レイヤーごとの印刷によって 3 次元オブジェクトを構築します。

3D プリント技術の応用

3D プリントでは、一般的にデジタル技術のマテリアル プリンターが使用されます。金型製作、工業デザインなどの分野で模型製作に使用されます。技術の発展と成熟に伴い、一部の製品またはコンポーネントの直接製造に徐々に使用されるようになりました。 3D プリント技術は、履物、工業デザイン、宝飾品、医療、自動車、航空宇宙、教育、建築、土木工学などですでに役割を果たしています。

金属 3D プリントについて

近年、金属 3D 印刷は将来の製造業の主な発展方向であると考えられており、その開発速度は非金属 3D 印刷をはるかに上回っています。金属粉末材料は、金属印刷の材料基盤として、3D 印刷技術の開発における重要なブレークスルー ポイントでもあります。金属粉末材料の種類に関する研究では、現在、チタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、超合金、およびステンレス鋼の 5 つの金属粉末材料があります。

1.チタン合金

チタン合金は、高強度、高熱強度、優れた耐食性、優れた低温性能、および高い化学活性という利点があり、スポーツ用品、化学産業、原子力産業、医療機器、航空宇宙、およびその他の分野で広く使用されています.現在、多くの国がチタン合金材料の重要性を認識しています。

チタン合金は、航空宇宙産業で使用される新しい重要な構造材料です。チタン合金は、主に航空機エンジンのコンプレッサー部品の製造に使用され、その後にロケット、ミサイル、高速航空機の構造部品が続きます。

伝統的な鍛造および鋳造技術によって製造されたチタン合金部品は、ハイテク分野で広く使用されています。

切削プロセスでは、チタン合金の変形係数が小さく、切削温度が高く、工具が摩耗しやすく、単位面積あたりの切削力が大きくなります。チタン合金の耐摩耗性と加工性能の悪さと相まって、チタン合金の機械加工は非常に難しく、製造プロセスは複雑です。また、チタン合金は、熱間加工中に水素、酸素、窒素、炭素などの不純物を非常に吸収しやすい.

したがって、従来の鍛造および鋳造方法を使用してチタン合金部品を製造すると、コストが高くなり、材料の利用率が低くなり、加工が難しくなり、製造プロセスが複雑になります。これらの困難により、チタン合金の広範な適用が妨げられてきました.

社会の発展に伴い、金属 3D 印刷技術を使用することで上記の問題を解決できるため、3D 技術は近年、チタン合金部品を直接製造するための新しい技術になりました。

2.アルミ合金

アルミニウム合金は、高い比強度、軽量、良好な流動性、強力な金型充填性、良好な耐食性、低融点、良好な鋳造特性、および塑性加工性など、優れた物理的、化学的、および機械的特性を備えています。航空宇宙、海洋産業、化学産業、金属包装、建設、電気機械、日用品産業で広く使用されています。

しかし、選択的レーザー溶解では、アルミニウム合金自体の特性により、製造がより困難になります。現在のところ、選択的レーザー溶解では、アルミニウム合金の酸化、残留応力、細孔欠陥、密度などの問題がまだ残っています。

3.マグネシウム合金

マグネシウム合金は、低密度、優れた放熱性、高強度、大きな弾性率、優れた衝撃吸収性、アルミニウム合金よりも大きな衝撃負荷容量、および有機物やアルカリに対する優れた耐食性を特徴としています。主に航空、航空宇宙、運輸、化学工業、ロケットなどの分野で使用されています。さらに、多くの応用分野で、マグネシウム合金は鋼鉄やアルミニウム合金に取って代わる可能性を秘めています.

選択的レーザー溶解では、マグネシウム合金を形成すると、鋳造よりも硬度と強度が高くなります。

4.ステンレス鋼

ステンレス鋼自体の優れた耐食性により、ステンレス鋼は高温でも優れた物理的および機械的特性を維持できます。さらに、この粉末は成形性がよく、製造プロセスが簡単で、低コストです。そのため、3D プリントの分野では、ステンレス鋼も広く使用されています。

現在、ステンレス鋼の選択的レーザー溶解に関する研究は、主に強度の向上と気孔率の低減に焦点を当てています。

5.耐熱合金

高温合金とは、鉄、ニッケル、およびコバルトをベースにした金属材料のクラスを指し、600 °C を超える高温および特定の応力下で長時間機能することができます。高温強度、耐酸化性、耐高温腐食性、疲労特性、破壊靭性などに優れています。主に航空宇宙、エネルギーなどで使用されます。

耐熱合金の機械加工された表面の完全性は、その性能において非常に重要な役割を果たします。しかし、耐熱合金は典型的な難削材であり、機械加工プロセス中に加工面品質の低下や深刻な工具折損などの問題が発生することがよくあります。これは、マイクロ強化されたアイテムの高い硬度、厳しい加工硬化、高いせん断応力抵抗と低い熱伝導率、および切断領域の高い切断力と切断温度によるものです。

社会の発展に伴い、3D プリント技術は、高温合金成形の技術的ボトルネックを解決する新しい方法になりました。

結論

金属粉末 3D 印刷技術は一定の成果を上げていますが、印刷材料の限界が 3D 印刷技術の開発に影響を与えます。現在、多くの種類の 3D プリント金属材料が産業用途に適していますが、特殊な金属粉末材料のみが生産要件を満たすことができます。

3D印刷金属材料の開発に関しては、既存の材料に基づいて材料構造と特性の関係に関する研究を強化し、材料の特性に応じてプロセスパラメータを最適化し、印刷速度を上げ、気孔率と酸素を減らすことも必要です含有し、表面品質を向上させます。同時に、3D プリントに適した新しい材料を開発する必要があります。