アルミニウムが金属 3D プリントに適している理由
金属 3D プリンティング、特に選択的レーザー溶融は、金属粉末の薄層をレーザーで走査して溶融し、このプロセスを層ごとに繰り返すことで機能します。アルミニウム合金は、アルミニウム粉末がレーザーエネルギーを効率的に吸収し、材料の密度が低いため、コンポーネントごとに移動および溶解される質量が少ないことを意味するため、このプロセスによく反応します。最も一般的な合金は AlSi10Mg です。これはアルミニウム-シリコン-の合金で、鋳造性が高く、積層造形プロセスに適しています。
積層造形では、機械加工の幾何学的制約も取り除きます。穴あけやフライス加工ができない内部冷却チャネル、格子構造、トポロジーの最適化された形状を直接構築できるため、アルミニウム AM は熱交換器、ブラケット、軽量構造部品にとって魅力的なものになります。{0}
選択的レーザー溶解における主要なプロセスパラメータ
印刷されたアルミニウムの品質は、いくつかのプロセスパラメータに依存します。キーホールや融着の欠如による多孔性を避けるために、150 ～ 400 W の範囲のレーザー出力と 1 秒あたり約 800 ～ 2000 mm のスキャン速度のバランスをとる必要があります。層の厚さは通常 30 ～ 50 ミクロンで、表面仕上げとビルド時間の両方に影響します。ビルド プレートを摂氏約 150 度に予熱すると残留応力と歪みが軽減され、不活性アルゴンまたは窒素雰囲気により反応性の溶融アルミニウムの酸化が防止されます。
パラメータを最適化すると、印刷されたアルミニウム部品は日常的に 99.5% を超える相対密度に達し、各ビルドで印刷されるテスト クーポンによってプロセス ウィンドウが検証されます。
機械的および表面品質のための後処理-
-組み立てられたアルミニウム部品は通常、ビルドプレート上で応力が緩和され、その後機械加工またはワイヤ切断によって除去されます。-高温高圧での熱間静水圧プレスにより内部空隙が閉じられ、疲労性能が向上します。 CNC 加工により重要な表面の公差が厳しくなり、ショット ピーニングにより圧縮残留応力が導入されて疲労耐性が向上します。陽極酸化処理により腐食から保護され、着色仕上げが可能になる一方、振動仕上げやビードブラストなどの表面処理により外観が向上します。
品質管理には通常、内部欠陥を検出するための CT スキャン、密度測定、代表的なクーポンの機械的テストが含まれます。
最も恩恵を受ける業界
航空宇宙産業では、印刷されたアルミニウム製ブラケットと熱交換器が使用されており、重量が 1 グラム節約されるたびに燃料燃焼が削減されます。自動車会社はプロトタイプや小型シリーズ部品にアルミニウム AM を使用しており、-ツールベースの手法と比較して開発時間を大幅に短縮しています。-医療機器メーカーはインプラントに多孔質アルミニウム構造を使用しており、ロボット工学や産業機器メーカーは、カスタムの低容量コンポーネントの設計の自由度を活用しています。-スペアパーツのオンデマンド印刷により、倉庫在庫と陳腐化のリスクも軽減されます。-
アルミニウムのリサイクル粉末AM
AM用アルミニウム粉末はアトマイズ法により製造されており、特殊なプロセスにより加工屑を球状粉末に戻すことができます。リサイクル粉末は、バージン材料と一致する機械的特性を得るために、通常 15 ～ 45 ミクロンのより厳密な粒度分布にふるい分けする必要があり、その酸素含有量を通常 0.1% 未満に低く保つ必要があります。粉末の再利用サイクルは限られており、通常は 5 ～ 10 回です。その後、粉末をバージン材料で更新する必要があり、未使用の粉末のクローズド ループ リサイクルが生産施設の標準的な方法です。-
よくある質問
3D プリントで最もよく使用されているアルミニウム合金はどれですか?
AlSi10Mg は、優れたレーザー吸収性、鋳造性、熱処理後の機械的特性により、選択レーザー溶解に最も広く使用されているアルミニウム合金です。
印刷されたアルミニウム部品はどの程度の密度を達成できますか?
最適化されたレーザー出力、スキャン速度、雰囲気制御により、部品は通常 99.5% 以上の相対密度に達し、熱間静水圧プレスにより内部の健全性がさらに向上します。
3D プリントされたアルミニウムは、鍛造アルミニウムと同じくらい強いですか?{1}}
T6 タイプの熱処理後の印刷 AlSi10Mg は、300 ～ 400 MPa の範囲の引張強度を示します。これは、鋳造アルミニウムと同等以上であり、多くの構造用途に十分ですが、設計の許容値はテストによって検証する必要があります。
印刷中に不活性雰囲気が必要なのはなぜですか?
溶融アルミニウムは空気中で急速に酸化し、酸化物の介在物や多孔性が生じます。アルゴンまたは窒素雰囲気により、ビルド チャンバー内の酸素含有量が低く保たれます。
アルミニウム AM 部品は陽極酸化できますか?
はい。印刷されたアルミニウム部品は腐食防止と外観のために陽極酸化処理できますが、均一な仕上げのために完成した表面を最初に機械加工または研磨する必要がある場合があります。-
アルミニウムの 3D プリントは機械加工と比べてどれくらい高価ですか?
少量で複雑な形状の場合、AM は工具や材料の無駄がなくなるため、機械加工よりも安価になることがよくあります。単純な大量部品の場合は、従来のプロセスの方が依然として経済的です。{0}