概要
粉末床融合法(PBF)は、最も先進的で汎用性の高い積層造形(AM)技術のひとつであり、航空宇宙から医療用インプラントまで幅広い産業で重要な役割を果たしている。PBFで使用される金属粉末の品質は PBFテクニック は最終製品の特性に直接影響するため、適切な粉末を選択することが不可欠です。この記事では、PBF用金属粉末の世界を掘り下げ、具体的なモデル、組成、特性、用途について詳しくご紹介します。
様々な種類の金属粉について、その特性を比較し、長所と短所を検討します。さらに、その用途、仕様、サプライヤーについても探ります。この包括的なガイドは、PBFのニーズに適した金属粉末を選択する際に、十分な情報に基づいた決断を下すのに役立つようデザインされています。
粉末床溶融法(PBF)の理解とその重要性
粉末床融合(PBF)は、熱源(通常はレーザーまたは電子ビーム)を使用して粉末粒子を層ごとに選択的に融合させ、ソリッドな3Dオブジェクトを作成するAM技術のグループです。最終製品の精度、強度、全体的な品質は、このプロセスで使用される金属粉末の特性に大きく依存する。
PBFにおける金属粉末の主な検討事項
- 粒度分布: パウダーの粒度分布は流動性と充填密度に影響し、ひいては印刷物の品質に影響する。
- 真球度: 真球度が高いため、流動性と充填密度が向上し、高品質な部品が得られる。
- 純粋さ: 金属粉末中の不純物は、空隙や亀裂といった最終製品の欠陥につながる可能性がある。
- 化学組成: 最終製品の機械的特性が期待通りであることを保証するためには、化学組成が一定でなければならない。
PBF用金属粉末の種類と組成
PBFに使用可能な金属粉末には様々な種類があり、それぞれ異なる用途に適したユニークな組成を持っています。以下は、PBFに使用される最も一般的な金属粉末とその組成の一覧表です。
金属粉モデル | 構成 | 一般合金 | 特筆すべき特徴 | 用途 |
---|---|---|---|---|
316Lステンレス鋼 | Fe、Cr、Ni、Mo | 316L, 316 | 優れた耐食性、高い延性 | 医療用インプラント、海洋用途 |
Ti-6Al-4V | Ti、Al、V | グレード5チタン | 高い強度対重量比、生体適合性 | 航空宇宙、バイオメディカル機器 |
インコネル718 | Ni、Cr、Fe、Nb、Mo | インコネル718 | 高温耐性、良好な溶接性 | タービンブレード、航空宇宙 |
AlSi10Mg | Al、Si、Mg | AlSi10Mg | 軽量、優れた熱特性 | 自動車、航空宇宙 |
CoCrMo | Co、Cr、Mo | CoCrMo | 高い耐摩耗性、生体適合性 | 歯科インプラント、矯正器具 |
マレージング鋼 | Fe、Ni、Co、Mo | 18Ni300 | 高強度、熱処理が容易 | 工具、高ストレス用途 |
銅(Cu) | 銅 | 純銅、CuCrZr | 高い電気伝導性と熱伝導性 | 電気部品、熱交換器 |
ハステロイX | Ni、Cr、Mo、Fe | ハステロイX | 優れた耐酸化性、高温強度 | 化学処理、ガスタービン |
ニッケル合金625 | Ni、Cr、Mo、Nb | アロイ625 | 高い耐食性と耐酸化性 | オフショア、化学処理 |
工具鋼 H13 | Fe、Cr、Mo、V | H13、A2、D2 | 高い靭性、良好な耐熱性 | 金型、金型、金型部品 |
金属粉末の特性 PBFテクニック
PBFに使用される金属粉末の特性は、最終的な印刷製品の性能と品質を決定する。これらの特性には以下が含まれる:
特徴 | 説明 | PBFにおける重要性 |
---|---|---|
粒子径 | 通常15~45ミクロン | 粒子が小さいと解像度が向上するが、流動性が低下する可能性がある。 |
球形度 | 粒子がどれだけ球形であるかを測定する | 真球度が高いほど、流動性と充填密度が向上する。 |
流動性 | パウダーがスムーズに流れる能力 | 安定した成膜に不可欠 |
純度 | 汚染物質や不純物がない | 不純物は空隙や亀裂などの欠陥の原因となる。 |
密度 | 単位体積当たりの質量 | 印刷部品の強度と構造的完全性に影響する。 |
PBF技術における金属粉末の用途
異なる金属粉末は、その特性に基づいて特定の用途に使用される。以下は、PBF技術における様々な金属粉末の典型的な用途をまとめた表である:
金属粉モデル | 申し込み | 産業 | 主なメリット |
---|---|---|---|
316Lステンレス鋼 | 医療用インプラント、海洋部品 | メディカル、マリン | 耐食性、生体適合性 |
Ti-6Al-4V | 航空宇宙部品、義肢装具 | 航空宇宙、医療 | 軽量、高強度対重量比 |
インコネル718 | タービンブレード、エンジン部品 | 航空宇宙、発電 | 高温耐性 |
AlSi10Mg | 自動車部品、航空宇宙部品 | 自動車、航空宇宙 | 軽量、優れた機械的特性 |
CoCrMo | 歯科および整形外科用インプラント | メディカル | 耐摩耗性、生体適合性 |
マレージング鋼 | 高応力金型、ダイカスト金型 | 金型、製造 | 高強度、熱処理可能 |
銅(Cu) | 電気部品、熱交換器 | エレクトロニクス、エネルギー | 高い導電性 |
ハステロイX | 化学処理、ガスタービン部品 | 化学、航空宇宙 | 耐酸化性、高温強度 |
ニッケル合金625 | オフショア部品、化学処理 | 石油・ガス, 化学 | 耐食性 |
工具鋼 H13 | 金型、金型、金型部品 | 製造業 | 靭性、耐熱性 |
金属粉末の仕様、サイズ、等級、規格
さまざまな用途の要件を満たすために、金属粉末にはさまざまな等級、サイズ、規格があります。以下は、これらの仕様をまとめた表である:
金属粉モデル | グレード | 粒子径(ミクロン) | 規格 |
---|---|---|---|
316Lステンレス鋼 | AISI 316L | 15-45 | ASTM F138、ISO 5832-1 |
Ti-6Al-4V | グレード5 | 15-45 | ASTM F1472、ISO 5832-3 |
インコネル718 | AMS 5662 | 20-53 | ASMB637、AMS5662 |
AlSi10Mg | – | 20-63 | ASTM F3318 |
CoCrMo | ASTM F75 | 15-45 | ASTM F75、ISO 5832-4 |
マレージング鋼 | 18Ni300 | 20-53 | AMS 6521 |
銅(Cu) | CuCrZr | 15-45 | アストレムB170、アストレムB152 |
ハステロイX | AMS 5536 | 20-53 | ASMB435、AMS5536 |
ニッケル合金625 | UNS N06625 | 20-53 | ASMB446、AMS5666 |
工具鋼 H13 | AISI H13 | 20-45 | ASTM A681 |
金属粉末のサプライヤーと価格詳細
金属粉末の適切なサプライヤーを選択することは、PBFプロセスの品質と一貫性を維持するために極めて重要である。以下は、金属粉末の主要サプライヤーの一覧表と価格詳細です:
サプライヤー | 金属粉モデル | kgあたりの価格(米ドル) | リードタイム | 所在地 |
---|---|---|---|---|
カーペンター添加剤 | 316Lステンレス鋼 | $80-$120 | 2~4週間 | アメリカ、ヨーロッパ |
アルカムAB(GEアディティブ) | Ti-6Al-4V | $300-$400 | 3~5週間 | アメリカ、スウェーデン |
LPWテクノロジー | インコネル718 | $250-$350 | 2~4週間 | アメリカ、イギリス |
GKNホエガネス | AlSi10Mg | $70-$100 | 2~4週間 | アメリカ、ヨーロッパ |
EOS GmbH | CoCrMo | $400-$600 | 3~6週間 | ドイツ |
ヘガネスAB | マレージング鋼 | $100-$150 | 2~4週間 | スウェーデン |
エッカ顆粒 | 銅(Cu) | $50-$80 | 2~3週間 | アメリカ、ヨーロッパ |
プラクシス・パウダー・テクノロジー | ハステロイX | $300-$500 | 3~5週間 | アメリカ |
サンドビック | ニッケル合金625 | $250-$350 | 2~4週間 | スウェーデン |
AP&C(GEアディティブ) | 工具鋼 H13 | $80-$120 | 2~4週間 | カナダ |
PBFにおける金属粉末の利点と限界
適切な金属粉末を選ぶには、それぞれのタイプの利点と限界を理解する必要がある。以下は、これらの側面を概説した比較表です:
金属粉モデル | メリット | 制限事項 |
---|---|---|
316Lステンレス鋼 | 耐食性、良好な溶接性 | 中程度の強さ |
Ti-6Al-4V | 高い強度対重量比、生体適合性 | 高価で加工が難しい |
インコネル718 | 高温耐性、良好な疲労強度 | 高コスト、機械加工が難しい |
AlSi10Mg | 軽量、優れた機械的特性 | 他の合金に比べて強度が低い |
CoCrMo | 高い耐摩耗性、優れた生体適合性 | 高ストレス時の脆さ |
マレージング鋼 | 高強度で熱処理が容易 | 高価な原材料 |
銅(Cu) | 優れた導電性、優れた熱特性 | 酸化率が高く、強度に限界がある |
ハステロイX | 高温耐酸化性、良好な溶接性 | 高コスト、限られた利用可能性 |
ニッケル合金625 | 耐食性、優れた靭性 | 高価、溶接が難しい |
工具鋼 H13 | 高い靭性、良好な耐熱性 | 冷却中に割れやすい |
PBFに適した金属粉の選び方
PBFに適した金属粉末を選択するには、機械的特性、コスト、入手可能性、特定の用途との適合性など、さまざまな要因のバランスを取る必要があります。以下に主な検討事項を示します:
- 応募資格 最終製品の機械的、熱的、化学的要件を理解する。
- パウダーの特性: 粉体の粒子径、分布、真球度、流動性を考慮する。
- サプライヤーの評判 安定した品質と確実な納品を提供する、評判の良いサプライヤーを選びましょう。
- コストだ: パウダーのコストと、それがもたらすパフォーマンスの利点のバランスをとる。
- 規格と認証: パウダーが関連する業界標準や認証を満たしていることを確認する。
よくあるご質問
質問 | 回答 |
---|---|
PBF金属粉末の理想的な粒子径は? | 理想的な粒子径は、特定の用途や使用する機械によって異なるが、通常15~45ミクロンである。 |
PBFプロセスで金属粉を再利用できますか? | はい、しかしパウダーはふるい分けされ、品質が保たれるようにテストされなければなりません。再利用を繰り返すと、パウダーの特性が劣化する可能性がある。 |
PBF用の金属粉の保管方法は? | 汚染や酸化を防ぐため、乾燥した管理された環境で保管する。必要に応じて密閉容器や乾燥剤を使用する。 |
金属粉末を使ったPBFで最も多い欠陥は何ですか? | 一般的な欠陥には、気孔、亀裂、不完全な融合などがあり、多くの場合、不適切な粉末の選択や加工パラメーターが原因となっている。 |
粉末の真球度はPBFにどのような影響を与えるのか? | 真球度が高いほど流動性と充填密度が向上し、層形成と部品品質の向上につながる。 |
ガスアトマイズ粉末と水アトマイズ粉末には大きな違いがありますか? | はい、ガスアトマイズ粉末は真球度が高く、不純物が少ない傾向があり、高品質のPBFプロセスに適しています。 |
結論
金属粉末の選択 PBFテクニック は、積層造形プロジェクトの結果を大きく左右する重要な決断です。利用可能な金属粉末の種類、特性、用途を理解することで、製造プロセスを成功させるための十分な情報に基づいた選択が可能になります。
航空宇宙、自動車、医療、その他どのような産業であっても、このガイドブックはニーズに合った金属粉末を選択するために必要な情報を提供します。PBFを成功させる鍵は、技術だけでなく、使用する材料にあることを忘れないでください。