技術の進歩に伴い、航空宇宙分野における軽量、高性能、洗練された構造コンポーネントに対する需要は日々増大しています。 3D プリンティング技術の台頭により航空宇宙製造分野に根本的な改善がもたらされましたが、これらの分野では従来の製造技術には重大な制限がある場合があります。中でも、航空宇宙用 3D プリンティング技術の進歩は、改良された金属粉末の研究と開発によって大きく促進されました。
3D プリンティングは、積層造形技術とも呼ばれ、材料を層ごとに蓄積して 3 次元アイテムを作成する技術です。 3D プリンティング テクノロジーは、従来のサブトラクティブ マニュファクチャリングや同等の材料による製造に比べて、材料の使用効率が向上し、製造サイクルが短縮され、設計の自由度が高まります。 3D プリンティング技術は、軽量製造、エンジン部品の最適化、ドローン製造、航空機部品の製造など、航空宇宙分野で広く応用されています。
特に航空宇宙産業では金属粉末の性能に対するニーズが非常に高く、金属粉末は3Dプリンティング技術の重要な原料となっています。高級金属粉末には、良好な真球度、流動性、適切な粒度分布、高純度などの特性が求められます。これらの特性は 3D プリント製品の品質と性能に直接影響を与えるため、改良された金属粉末の開発が航空 3D プリント技術を向上させる主な原動力となっています。
金属粉末の研究と開発でよく使用される 2 つの準備技術は、真空誘導溶解アルゴン噴霧法 (VIGA) とプラズマ回転電極法 (PREP) です。 PREP 法は、真球度が高く、表面が滑らかで、粉末の粒度分布が狭く、流動性が良い金属粉末を調製できるため、3D プリンティングの分野では独特の利点があります。 VIGA 法は微粉末の収率が高いですが、中空粉末やサテライト粉末には問題があります。新世代のプラズマ回転電極噴霧粉末技術と装置の開発と更新は、微粉末の収率と生産効率を向上させ、PREP 粉末の品質を向上させるのに役立ちます。
調製技術の向上とは別に、金属粉末の性能はその純度に大きく影響されます。航空宇宙などの特定の用途では、消費者は金属粉末の純度について非常に正確な基準を持っています。チタン合金粉末の酸素含有量は、{{0}}.007% ～ 0.013%;高温合金粉末の酸素含有量は0.006%から0.018%の間に制御する必要がある。ステンレス鋼粉末の酸素含有量は0.010%〜0.025%です。これらの厳格な純度基準により、3D プリントアイテムの機械的強度、耐食性、高温性能などの重要な指標が保証されます。
航空宇宙用 3D プリンティングは、金属粉末の粒度分布にも大きく依存します。さまざまな 3D プリンティング技術や成形方法には、さまざまな粉末粒度分布基準が必要です。金属 3D プリントの場合、現在最もよく利用されている粉末の粒径範囲は 15 ～ 150 μ m です。スポットが細かく集束され、微粉が簡単に溶けるため、エネルギー源としてレーザーで動作するプリンターは、15 ～ 53 μ m の範囲の粉体を使用するのに適しています。エネルギー源として電子ビームを使用するプリンターは、集光スポットがやや粗いため、粗い粉末を溶解したり、53 ～ 105 μ m の範囲の粉末を使用したりするのに適しています。同軸粉体供給プリンタには粒径105～150μmの粉体が使用可能です。
金属粉末の流動性のもう 1 つの重要な決定要因は、その真球度です。一般に、粉体粒子の流動性は真球度が高いほど良くなります。印刷中の粉末の完璧な分散と供給を保証するには、金属粉末の 3D 印刷には 98% 以上の真球度が必要です。高品質の 3D プリント金属粉末の主な製造技術は、エアロゾル化技術と回転電極技術です。したがって、これら 2 つのプロセスによって生成される粉末の形状は本質的に球形であり、3D プリンティングの高い基準を満たしています。
航空機 3D プリンティング技術の進歩とは別に、新しい金属粉末の研究開発が粉末冶金技術の革新と開発をサポートしています。粉末冶金は、金属粉末のプレスや焼結などの技術を使用して、さまざまな部品を製造する高度な材料加工方法です。航空宇宙用粉末冶金は、軽量構造や複雑な形状の部品を製造するために広く応用されています。 3Dプリンティング技術の登場により、粉末冶金技術はさらに発展・洗練され、「3Dプリンティング+粉末冶金」という複合製造技術が誕生しました。
3D プリンティングと粉末冶金技術を組み合わせた新しい技術の 1 つが粉末押出プリンティング (PEP) です。この技術では、最初に金属/セラミック粉末と有機バインダーを一貫して混合してペレットを作成し、次に 3D プリンターを使用してそれらを成形し、製造されたブランクからバインダーを除去し、最後に焼結によって密度を高めることで、安定した優れた性能を備えた製品を製造します。モールドフリーの準備とは別に、PEP テクノロジーは難易度が高く非常に複雑なコンポーネントの処理能力を向上させ、航空宇宙分野により効果的で柔軟な生産ソリューションを提供します。
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