In718パウダーインコネル718粉末とも呼ばれるニッケル基合金粉末は、航空宇宙、自動車、原子力産業など様々な金属積層造形用途で使用されています。このガイドでは、In718パウダーの特性、用途、サプライヤー、コスト、設置、運用、メンテナンスなど、In718パウダーの包括的な概要を説明します。
In718パウダーの概要
In718粉末は析出硬化性のニッケルクロム合金で、鉄、ニオブ、モリブデンを多量に含み、アルミニウムとチタンも少なめに含んでいます。In718粉末の主な特性は以下の通りです：
- 700℃の高温まで維持される高い強度と硬度
- 優れた耐食性
- 良好な溶接性と加工性
- 高温での高い疲労強度と耐クリープ性
表：In718粉末の主要特性
| プロパティ | 詳細 |
|---|---|
| 構成 | ニッケル 50～55%、クロム 17～21%、鉄 バランス、ニオブ 4.75～5.5%、モリブデン 2.8～3.3%、アルミニウム 0.2～0.8%、チタン 0.65～1.15%、カーボン 0.08%以下 |
| 密度 | 8.19 g/cm3 |
| 融点 | 1260-1336°C |
| 最高使用温度 | 700°C |
| 引張強度 | 1250MPa（最小） |
| 降伏強度 | 1000 MPa（分） |
| 伸び | 12%（分） |
| 熱伝導率 | 11.4 W/m-K |
| 熱膨張係数 | 13 μm/m-°C |
| 弾性係数 | 205 GPa |
| 電気抵抗率 | 123 μΩ-cm |
In718粉末は、選択的レーザー溶融（SLM）や電子ビーム溶融（EBM）のような粉末溶融技術を用いて、複雑な形状、薄い壁、隠れた空隙や格子を持つ部品を製造するために使用することができる。主な用途には、タービンブレードやディスクなどの航空宇宙部品、自動車用ターボチャージャー・ホイール、核燃料被覆材などがある。
In718粉末の用途と使用例
In718粉末は、高温での高強度、耐食性、加工の容易さにより、以下の用途で一般的に使用されています：
表：In718粉末の用途
| 申し込み | 詳細 |
|---|---|
| 航空宇宙 | タービンブレード、ディスク、シャフト、ファスナー、ケーシング、継手 |
| 自動車 | ターボチャージャーホイール、バルブ、排気部品 |
| 石油・ガス | ダウンホールツール、バルブ、坑口部品 |
| 発電 | 蒸気タービンおよびガスタービンのブレード、熱交換器 |
| バイオメディカル | 整形外科、歯科インプラント、補綴物 |
| 工具 | 射出成形金型、成形金型、押出成形金型 |
これらの用途にIn718粉末を使用する主な利点は以下の通りである：
- タービンや自動車用途での高圧・高温に耐える
- 石油・ガス部品の耐食性
- 動的部品のための高い疲労強度
- インプラントと補綴物の生体適合性
- 機械加工では不可能な複雑形状の製造が可能
In718は、過酷な環境下で使用されるジェットエンジン部品などの航空宇宙用途に人気があります。自動車用途では、高温下で高速回転が可能なIn718製ターボチャージャーホイールが役立っています。石油・ガス産業では、ダウンホールツールやバルブにこの材料の耐食性を活用しています。これらの用途やその他の用途では、高強度、耐疲労性、耐酸化性というIn718独自の組み合わせが活かされています。
In718パウダーの仕様
積層造形用のIn718粉末は、組成、粒度分布、流動性、微細構造に関する厳しい仕様を満たさなければならない。
表：In718粉末の代表的な仕様
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| 合金組成 | AMS 5663、AMS 5664規格に適合 |
| 粒子径 | 15-45 μm |
| 酸素含有量 | <0.1 wt% |
| 窒素含有量 | <0.1 wt% |
| 見かけ密度 | >4.0 g/cm3 |
| 流量 | >1.25秒/50g以上 |
| 粒子形状 | 球形、衛星なし |
| 内部の気孔率 | 最小限 |
| 表面化学 | 不動態化 |
In718粉末を選択する際の主な検討事項は以下の通り：
- 選択したAMプロセスに合わせた粒度分布
- 4g/cm3以上の高い見掛け密度
- プリンター要件に適合する流動性
- 衛星を最小限に抑えた球状形態
- 粒子内部の気孔率が低い
- 適切な合金組成と微細構造
パウダーの仕様を満たすことは、望ましい機械的特性と材料性能を備えた一貫性のある高密度AMパーツの実現に役立ちます。信頼できるサプライヤーは、粉末分析と特性の詳細な文書を提供します。
In718 粉末 供給者
多くの大手金属粉末メーカーが、SLMやEBMなどのAMプロセスに適したIn718粉末を供給している：
表：In718パウダーのサプライヤー
| 会社概要 | パウダーグレード | 粒子径 |
|---|---|---|
| LPWテクノロジー | CARP-718 | 15-45 μm |
| プラクセア | 718 | 15-53 μm |
| カーペンター添加剤 | カーテック In718 | 15-45 μm |
| サンドビック・オスプレイ | オスプレイ In718 | 15-45 μm |
| エーピーアンドシー | プラズマIN718 | 15-45 μm |
| エリコン・メトコ | メトコアド・イン718 | 10-45 μm |
In718粉末サプライヤーを選択する際、考慮すべき主な要因には以下が含まれる：
- 航空宇宙グレードのパウダー製造経験
- 大量生産能力
- 厳しい品質管理と文書化
- 選択されたAMプロセス用にカスタマイズされたパウダー
- 競争力のある価格とリードタイム
- 技術的専門知識とカスタマーサービス
サプライヤーと緊密に協力し、パウダーの組成、粒子特性、品質がアプリケーションの要件とプリンターの仕様の両方を満たすようにする。
In718パウダーのコスト
In718粉末の価格は、数量と供給業者によって1kgあたり$50～$120米ドル。100kg以下の少量の場合、価格は高くなります。
表：In718パウダーのコスト範囲
| 購入数量 | kgあたりのコスト |
|---|---|
| 20～50キロ | $100-120 |
| 50～100キロ | $80-100 |
| 100-500 kg | $60-80 |
| 500～1000キロ以上 | $50-70 |
粉体コストは、AMにおける部品コストの15-30%を占める。In718粉末の価格に影響を与える主な要因
- 純度、品質、ロットサイズ
- 競争と可用性
- 元素材料の価格変動
- 注文数量と一括割引
- 地域と関税
パウダーの品質に妥協することなく、大量発注によってコストを最適化するために、適格なサプライヤーと協力する。部品当たりのコストを下げるために、AM製造から粉体をリサイクルすることを検討する。
In718パウダープリンターの設置と操作
In718用金属粉末床溶融プリンターの設置と運用には、入念な計画と準備が必要です：
表：In718 プリンタの設置ガイドライン
| パラメータ | ガイドライン |
|---|---|
| 施設要件 | 温度制御、専用電源ライン、圧縮空気、アルゴンまたは窒素の供給、換気、除塵 |
| スペース要件 | メンテナンスアクセス、粉体処理、ワークフローのために四方にクリアランスを確保する。 |
| 電源要件 | 供給能力30～150kW、安定した電圧 |
| 排気ろ過 | 微粒子を捕捉するHEPAまたはULPAフィルター |
| パウダーハンドリング | グローブボックス、ふるい装置、混合ホッパー、安全基準を満たした容器 |
| 個人用保護具 | 防火服、防護服、化学手袋、マスク |
| 人材派遣 | 運転・保守の技術者、冶金学者、品質担当者を育成 |
In718プリンターを運用する上で重要な要素：
- メーカーの使用およびメンテナンスに関する指示に従うこと。
- 無停電電源と安定した電圧の確保
- 高純度のアルゴンまたは窒素を使用し、水分レベルを管理する。
- コンタミネーションを最小限に抑えるため、自動化された粉体ハンドリングおよびふるい分け装置を採用する。
- 反応性粉体の取り扱いに関する安全手順の実施
- 機械操作、後処理工程、品質保証に関する専用トレーニングの提供
金属AMを使用して欠陥のないIn718部品を一貫してコスト効率よく製造するには、慎重な設置、トレーニング、手順が不可欠です。成功させるためには、関係者は積層造形プロセスと高度なニッケル基合金の両方に精通している必要があります。
In718プリンターのメンテナンス
In718 プリンタの稼働時間と性能を維持するためには、適切なメンテナンスが必要です。下表に一般的なガイドラインを示します：
表：In718 プリンタの推奨メンテナンスタスク
| システム | メンテナンス活動 | 頻度 |
|---|---|---|
| レーザー光学 | クリーニング、アライメントチェック | 毎日～毎週 |
| パウダーベッド | レベリング校正、再コーティングブレード交換 | 毎週～毎月 |
| フィルター | HEPA/ULPAフィルターの清掃と交換 | 500時間 |
| パウダーデリバリー | シール、バルブの点検、損傷したホースの交換 | ウィークリー |
| 冷却ポンプ | 流量検査、ホース検査 | 毎月 |
| モーションシステム | レールの清掃と注油、ベルトの張力調整 | 500～2000時間 |
| エレクトロニクス | ファームウェア・アップデート・チェック、ケーブル検査 | 必要に応じて |
| データバックアップ | システム設定とログファイルのバックアップ | 毎日 |
| フルシステム | 主要キャリブレーション、ハードウェア交換、アライメント | 年間または2000時間 |
さらに、ビルドプレート、リコーターブレード、フィルター、シールなどの消耗品は、状態や摩耗に応じて数百時間の運転ごとに定期的な交換が必要である。
ログシート、予防メンテナンススケジュール、およびリアルタイムのモニタリングを使用して、すべての重要なプリンタコンポーネントが最高の状態に維持されていることを確認する。必要に応じて機械のOEMと提携し、大規模なオーバーホールや診断を実施する。
In718のような特殊合金を扱う場合、プリンターの稼働率、再現性、費用対効果を最大化するには、オペレーターのトレーニングと組み合わせた積極的なメンテナンスが不可欠です。
In718パウダープリンターの選び方
In718粉末床溶融プリンターを選択するには、いくつかの重要なパラメータを評価する必要があります：
表：In718プリンターの選び方
| 考察 | ガイドライン |
|---|---|
| ビルド・サイズ | 部品の最大寸法に合わせ、将来のニーズを考慮する |
| レーザー出力 | プレアロイIn718粉末用>400 Wファイバーレーザー |
| スキャン速度 | >生産スループット＞5 m/s |
| 精密光学 | 小さなレーザースポットサイズ（～50μm）で高解像度 |
| 不活性ガスフロー | アルゴンまたは窒素で密閉された酸素制御チャンバー |
| パウダーハンドリング | 自動粉体ふるい分けリサイクルシステム |
| プロセス監視 | 欠陥制御のためのin-situメルトプールとサーマルモニタリング |
| パラメータ最適化 | 密度と特性を確保するためにIn718に設立された。 |
| 制御ソフトウェア | ジョブ準備とプロセス調整のためのユーザーフレンドリーなインターフェース |
| コスト | 機械の耐用年数にわたる総所有コストを考慮する。 |
| サービス＆サポート | 問題やメンテナンスに対応するOEMサポートチーム |
3DプリンターのOEM担当者と緊密に連携して、パーツサイズ、スループット、品質管理、運用コスト、使いやすさなど、特定のアプリケーション要件を満たすIn718プリント用に最適化されたシステムを選択してください。
In718パウダープリンターの利点
In718粉末床溶融プリンターを使用する主な利点：
表：In718パウダーベッドプリンターの利点
| メリット | 詳細 |
|---|---|
| 複雑な形状 | 内部チャネル、格子、機械加工で支持されない有機的形状 |
| カスタマイズされたプロパティ | 局所的に異なる組成、微細構造、密度 |
| 縮小アセンブリ | トポロジー最適化による複数コンポーネントの統合 |
| 軽量化 | トポロジー最適化による設計の軽量化 |
| 効率の向上 | 減法プロセスに比べて材料の無駄が少ない |
| 迅速なデザインの繰り返し | 機械加工より速くデザインバリアントを印刷 |
| ジャスト・イン・タイム生産 | 金型不要のオンデマンド部品製造 |
| パート統合 | アセンブリを単一のコンポーネントに結合する |
| リードタイムの短縮 | 長い鋳造工程を経ずに部品を製造 |
パウダーベッドAMのこうした利点により、従来の製造では実現不可能だった革新的なIn718部品設計が可能になる。この技術は、航空宇宙、自動車、医療、工業の各市場で急速に採用され、これらの利点を活用しています。
In718パウダープリンターの限界
その利点にもかかわらず、In718 AMプリンターには考慮すべき制限がある：
表：In718パウダーベッドプリンターの限界
| 制限事項 | 詳細 |
|---|---|
| 高い機械代 | プリンターは初期投資が大きい |
| 限定サイズ | 最大部品サイズは通常500mm以下 |
| スループットの低下 | 大量生産プロセスより遅い生産速度 |
| 後処理 | サポート除去、熱処理などの追加工程が必要 |
| 異方性 | 機械的特性は製造方向によって異なる |
| オペレーターの専門知識 | プリンターを効果的に操作するために必要な専門トレーニング |
| パラメータの最適化 | 新合金組成には広範な開発が必要 |
| パウダーハンドリング | 汚染を避けるために不活性環境が必要 |
| 安全手順 | 反応性金属粉の取り扱いには注意が必要 |
これらの課題を克服するために技術は急速に進化しているが、エンドユーザーは、In718 AMを採用する際に、現在の機能と制約を注意深く考慮する必要がある。
In718プリント・プロセスの比較
In718に使用される2つの主要な粉末溶融プロセスは、選択的レーザー溶融（SLM）と電子ビーム溶融（EBM）である。
表：In718のSLMとEBMプロセスの比較
| SLM | EBM | |
|---|---|---|
| 熱源 | ファイバーレーザー | 電子ビーム |
| 雰囲気 | 不活性アルゴン | 真空 |
| スキャン速度 | 100-500 mm/s | >2000 mm/s |
| ビームサイズ | 70-100 μm | 200-300 μm |
| レイヤーの厚さ | 20-50 μm | 50-200 μm |
| 表面仕上げ | ファイン | ミディアムからラフ |
| 精度 | ±50 μm | ±150 μm |
| コスト | $ | $$ |
| 生産性 | 低～中程度 | 高い |
| 商用システム | 多くの老舗サプライヤー | サプライヤー数の減少 |
SLMの長所：
- より微細な特徴と表面仕上げが可能
- 最適化されたAl、Tiなど、より多くの素材オプション
- 低いビーム電流で蒸発を最小限に抑える
- 複数のサプライヤーによる確立された技術
EBMの長所：
- 生産性の向上
- 大量生産が可能
- 熱応力が低く、サポートが少なくて済む
- 高電導合金に適した高ビーム電流
In718印刷に最適なパウダーベッドプロセスを選択するために、お客様のアプリケーション要件と社内の制約に取り組んでください。SLMとEBMはどちらも、産業界で採用され続けている競争優位性を提供します。
最適なIn718印刷品質の達成
高品質なIn718プリントを実現するには、次のことに集中する：
- パラメーター レーザー出力、速度、ハッチ、スキャン戦略を最適化し、欠陥のない最高密度を実現
- パウダーだ： 粒度分布を制御した高純度パウダーを使用
- サポートする： 表面粗さを最小化するために最適化されたサポートを使用する。
- オリエンテーション： オーバーハングを最小にし、異方性を避けるために部品の向きを変える。
- 不活性ガス： 高純度アルゴンまたは窒素雰囲気の確保
- 予熱： 熱間パウダーベッドを使用し、応力とひび割れを低減する。
- 溶けたプール： 安定したメルトプールを可能にするために、スキャンパターンと間隔を調整する。
- 後処理： 熱処理、HIP、機械加工を施し、特性を向上させる。
密度、微細構造、パウダーの状態、機械的性能をテスト形状で継続的にモニターすることで、望ましい再現性のある印刷品質に達するまで、複数回の造形でパラメーターと手順を調整することができます。
In718パウダーの安全上のご注意
反応性金属であるIn718粉末は、火災や爆発を避けるために取り扱いに注意が必要である：
- 粉末は、不活性ガス雰囲気下で承認された容器にのみ保管すること。
- 着火源を避ける - 火花、喫煙、裸火は避ける
- 静電気放電を防止するために、接地、接着、不活性ガスブランケットを使用する。
- 適切なPPE（難燃性の衣服、マスク、手袋）を使用する。
- 粉体の取り扱いおよびふるい分けは、換気の良い場所またはグローブボックスでのみ行うこと。
- 使用済みパウダーは密閉容器に入れて安全に廃棄すること
- パウダーやプリンターのサプライヤーが推奨するすべての注意事項に従ってください。
In718やその他の反応性合金を扱う際の操業リスクを軽減するためには、可燃性粉末を取り扱う際の厳格な安全プロトコルを確立し、実施することが重要である。
In718パウダーを使用して印刷された認定部品
品質を保証するために、In718プリント部品は以下の検査と試験に合格しなければならない：
- 寸法精度 - CMMと光学測定
- 表面粗さ - 光学式および触覚式プロフィロメトリー
- 密度 - アルキメデス法と空隙率画像解析
- 微細構造 - 光学顕微鏡と電子顕微鏡
- 組成 - ICP-OESのような化学分析
- 機械的特性 - 引張、疲労、破壊靭性試験
- 非破壊検査 - 染料浸透探傷検査、X線トモグラフィ、超音波検査
In718に適用されるAMS規格に規定されている錬成特性だけでなく、規定されている設計要件と結果を比較する。粉末管理、プリンター較正、工程監視、試験形状、文書化を含む包括的な品質プログラムを実施し、印刷部品が意図された使用条件下で望ましい材料性能を満たしていることを確認する。
よくあるご質問
Q: In718粉末は、AM後に熱間静水圧プレス（HIP）が必要ですか？
A: HIPは内部の空隙を塞ぎ、疲労寿命を向上させるために推奨される。しかし、パラメータが厳密に管理されている場合は、設計許容値を満たすためにHIPが必要ない場合もあります。
Q: In718の部品は印刷後に機械加工できますか？
A: はい、機械加工やその他のサブトラクティブ・プロセスを使用することで、表面仕上げを改善し、印刷されたIn718コンポーネントの公差を厳しくすることができます。
Q: In718 AM部品にはどのような熱処理が施されますか？
A:980℃の溶体化処理と、AMS規格に従った720℃と620℃の時効処理が、望ましい組織と特性を得るために一般的に使用される。
Q: In718 AM部品にはどのような後処理が推奨されますか？
A: 熱処理に加えて、熱間静水圧プレス（HIP）、表面加工、ショットピーニング、その他の仕上げ工程を使用して、最終的な部品の特性を高めることができます。後処理の計画は、用途の要件によって異なります。
Q: In718粉末の保管中の酸化は特性に影響しますか？
A: はい、In718 粉末は通常の大気中では時間とともに酸化し、酸素含有量が増加します。粉末の再利用寿命を最大限に延ばすには、不活性ガス封入と脱酸素剤の使用をお勧めします。
Q: In718アズプリント部品の典型的な表面粗さはどのくらいですか？
A: 粉末焼結機で印刷されたIn718の表面粗さは、配向やプロセスパラメータにもよりますが、通常Ra 5-15ミクロンです。支持構造やポストマシニングのような戦略は、表面仕上げをさらに改善することができます。
Q: In718パウダー特有の健康リスクや環境リスクはありますか？
A: 他のニッケル基合金と同様に、In718 粉末は長時間の接触により皮膚感作性を引き起こす可能性があります。粉末を取り扱う際は、PPEの使用を推奨する。In718に関連する環境危険性は特にない。
Q: In718に代わる高温航空宇宙用途の材料は？
A: In625、In792、Haynes 282のような他のニッケル基超合金も同様の耐酸化性を持ち、正確な使用条件によっては代替品となり得ます。Ti-6Al-4Vも航空宇宙部品に広く使用されています。
