従来の製造技術を使用して、何千もの合金を機械加工できます。 金属 3D 印刷技術の場合、利用できる材料の数は非常に限られており、従来の処理のような数十年の処理と使用経験はありません。 さらに、航空宇宙コンポーネントは、過酷な環境 (高圧、腐食性流体、または -252 度の低温から 1000 度を超える高温) で使用するための非常に小さなしきい値用に設計された重要な特性を必要とすることがよくあります。高頻度サイクルで何千時間も安全かつ確実に動作します。 その結果、最終用途部品に選択される合金には厳しい要件が課せられます。
航空宇宙付加製造に必要な金属には、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン合金、ニッケルおよび鉄ベースの超合金、銅合金、および耐熱合金が含まれます。 NASA のエンジニアは、現在の研究と業界での応用に基づいて、金属付加製造に適した 53 の合金をまとめました。これは、溶融および固相成形から現在のほぼすべてのプロセス タイプをカバーしています。 これらの合金の一部は、従来の機械加工材料に由来し、航空宇宙部品の製造に引き続き使用されています。 新しい材料と既存の合金の両方が常に開発され、最適化されています。 まとめた資料の種類は、まだまだ拡張の余地があります。 多くの合金は開発段階に達したばかりであり、特定の付加製造プロセスを使用する航空産業と完全に互換性がない場合があります。 航空宇宙アプリケーションの要件。
使用される付加製造プロセスに応じて、原材料はプレアロイ粉末（通常はガスアトマイズによって生成される）、ワイヤ、シート、ソリッドロッドなどに分類できます。利用可能な材料の数は鍛造合金に比べて限られていますが、さまざまなレベルの成熟度を備えた、一般的に使用され、よく知られている高温および人気のある航空宇宙用合金がまだ多くあります。
ニッケル基および鉄基の超合金は、高温高圧での機械的特性が優れているため、より多く使用され、過酷な環境 (耐腐食性および耐酸化性) で使用されることがよくあります。 ニッケルベースの超合金は 3D プリントで広く使用されており、多くの用途で In625 と In718 が最も有名です。 A-286、JBK-75、NASA HR-1 などの鉄ベースの超合金は、高圧水素用途 (ロケット エンジンなど) で一般的に使用されており、水素に関連するリスクを軽減できます。水素環境脆化。 さらに、これらの超合金は、最新の航空機エンジンの効率を大幅に向上させるのに役立つ特性の組み合わせである高い耐クリープ性を備えています。 超合金は、高圧ガスタービン燃焼器、タービン、ケーシング、ディスク、ブレードなどの多くのコンポーネントの製造における重要な材料です。 その他の高温および低温アプリケーションには、バルブ、タービン、インジェクター、イグナイター、および液体ロケット エンジンのマニホールドが含まれます。 現在、高度な航空機エンジンの質量の 50% 以上がニッケルベースの超合金で構成されています。
強度対重量比も重要な指標であり、チタン合金は優れた耐食性と耐熱性、優れた比強度から航空宇宙分野で広く使用されており、積層造形の分野でも注目されています。 . 具体的には、Ti6Al4V は、着陸装置、ベアリング フレーム、回転部品、圧縮機のディスクとブレード、極低温推進剤タンク、およびその他の多くの航空宇宙部品によく使用される合金です。 Ti6242 は圧縮機の翼や回転機械部品に、TiAl 合金はタービンの翼などに使用できます。
アルミニウム合金は、チタン合金よりも強度が低くなりますが、強度と重量の比率が高く、一般的で成熟した航空宇宙材料です。 積層造形部品製造用のアルミニウム合金には、合金元素に基づいた 1xxx、2xxx、4xxx、6xxx、および 7xxx シリーズがあり、その多くは、摩擦攪拌溶接や超音波溶接などの固体添加剤製造プロセスを使用して製造できます。 アルミニウム合金は現在、粉末床とエネルギー堆積プロセスを使用して亀裂を減らし、印刷可能なタイプには、AlSi10Mg、F357、A205、7A77、6061-RAM2、Scalmalloy などがあります。ただし、アルミニウム合金には、高さが低いなどの多くの欠点もあります。 -高強度アルミニウム合金の温度性能、溶接修理の問題、および応力腐食割れ耐性の低下も一般的です。
チタンや超合金と比較して、ステンレス鋼は強度対重量比が高く、耐熱性が高く、低コストであるため、航空機や宇宙船の部品の製造に広く使用されています。 ステンレス鋼は、適切な環境で高い腐食、酸化、耐摩耗性を示し、エンジンおよび排気システム、油圧部品、熱交換器、着陸装置システム、および構造ジョイントの製造に使用できます。 航空宇宙部門では、航空機のヒンジ、ファスナー、着陸装置、およびその他のコンポーネントが製造されています。 金属 3D プリントに使用できるステンレス鋼には、316L オーステナイト鋼や 17-4PH 析出硬化鋼などがあります。 多くの利点があるにもかかわらず、鋼は比較的密度が高く、従来の技術で簡単に成形できます。また、ステンレス鋼部品を製造するための金属積層造形の使用は、航空宇宙での用途が限られています。
アディティブ マニュファクチャリングは単一の金属に限定される必要はなく、カスタムのバイメタルおよびマルチメタル構造を作成できます。 サブシステム全体の重量を最適化するために、材料を個別に設計に追加して、構造ジャケット、フランジ、ボス、またはその他の機能の形状など、熱または構造特性を最適化することができます。 さらに、金属遷移または傾斜機能材料も製造できます。