ブログ

Aug 26, 2023

積層造形用の合金開発を加速する好機

すべての画像出典: Bigstock 積層造形 (AM) テクノロジーは、軽量構造 (格子、三重周期の最小表面、その他の有機的構造) を含むさまざまな利点をもたらします。

すべての画像の出典: Bigstock

積層造形 (AM) テクノロジーは、軽量構造 (格子、三重周期の最小表面、その他の有機的形状)、部品の統合、工具の必要性の制限、リード タイムの短縮など、さまざまな利点をもたらします。 これらの利点は、製造の生産性、歩留まり、コストの向上に役立ちます。 これらの理由から、AM は、航空、自動車、医療、エネルギー、宇宙、防衛などのさまざまな用途で検討されてきました。 AM はまた、製造技術を選択的に利用する方法にも挑戦しました。 AM は、新しい設計コンセプトの迅速なテストと評価をサポートする大きなメリットを示しており、テスト装置、治具、治具、テスト部品の製造向けの製品開発が実現されています。 AM は、修理テクノロジーとして製品のライフサイクル コストに影響を与える機能も提供します。

過去 10 年間の金属 AM 製品開発の大部分は、歴史的に鋳造または鍛造用途のために開発された従来の合金に焦点を当ててきました。 最近の歴史の中で、AM コミュニティはこれらのマテリアルを非公式に第 1 世代の AM マテリアルと呼び始めました。 過去 7 年間に、原材料の物理的および化学的特性を変更することによって材料性能の向上を探求し、促進するための厳選された取り組みが行われてきました。 これらには、選択された合金添加量の変更（特定の合金元素濃度範囲の下限または上限まで）や、粉末金属の場合の材料粒度分布の調整が含まれる場合があり、AM 材料の第 2 世代と呼ばれます。 第 3 世代は、主な製造方法として AM を使用して開発された合金で、市販されているものとは大幅に異なる化学組成を特徴とする可能性があります。

America Makes のテクノロジー ディレクターである Brandon Ribic 氏が、今日の積層造形用合金開発、メーカーが今後数年間に期待できること、およびデータ共有の重要性について語ります。

高品質のポッドキャストをもっと聞いてください。

従来の合金の改良や AM 用のまったく新しい合金の開発は、製品性能の向上、歩留まりと生産性の向上、後処理コストの削減など、幅広い潜在的な利点をもたらします。 これらの利点にもかかわらず、既存の信頼できるアプローチによる合金の開発と認定は、コストと市場投入までの時間が製造部品表内での採用や投資収益率の基準を満たすのを危うくするリスクや課題に直面する可能性があります。 多くの場合、研究開発の取り組みは、規模を拡大し、実行可能な材料ソリューションを提供するために、これらの課題に直接対処する必要があります。 AM コミュニティは、開発スケジュールへの影響を制限し、将来の取り組みの成功確率を高めるために、これらのリスクを認識する必要があります。

AM プロセス用の合金開発を加速するための新しいツール、技術、および方法の開発と検証の機会は存在します。 合金の適格性と認証をより迅速かつコスト効率の高い手段で実現することで、国内製造の競争力が強化されるだけでなく、防衛、航空宇宙、医療、自動車、エネルギー、原子力などの業界向けのAM材料や製品設計の広範な工業化が促進されることが期待されます。

America Makes は 2021 年初頭から国内の AM サプライチェーンと合金開発の機会について議論しており、100 を超える組織から洞察を収集しました。 物質的な開発の取り組みにおいて重要な考慮事項は、旅の終わりを念頭に置いて開始することです。 そうは言っても、合金の開発は、次のような製品固有の改善を実現したいという欲求によって動機づけられることがほとんどです。

金属原料の化学的および物理的特性を強化すると、特定の形状を容易かつ再現性よく製造する AM プロセスの能力に影響を与える可能性があります。 さらに、これらの特性は、完成時の材料の微細構造や機械的特性に重大な予期せぬ影響を与える可能性があります。 これらのリスクを認識し、原料の特性が中間および最終材料形態の両方で材料品質にどのような影響を与えるかを評価するためのさまざまな段階的なアプローチを組み込むことが重要です。 材料の密度と微細構造は、検査可能性、損傷耐性、認証に大きな影響を与える可能性があります。 化学組成や物理的特性も欠陥につながり、許容できない材料品質をもたらす可能性があります。 亀裂やその他の不連続性を引き起こす可能性があるため、開発作業ではこれらの要因を考慮する必要があります。