1.高温でも溶けない金属
まず第一に、高温で溶けない金属からは 3D プリントを実現できません。金属の 3D プリントは基本的に、熱源 (レーザーや電子ビームなど) で金属粉末またはワイヤーを加熱し、層を積み重ねて 3 次元固体を形成します。したがって、金属が高温で溶けない場合、3D プリント技術で加工することはできません。たとえば、タングステンやレニウムなどの一部の高融点金属の場合、3D プリンティングはその融点が現在 3D プリンティング技術で達成可能な最高温度を大幅に超える場合には実現できません。
2.反応性金属および可燃性、爆発性のもの
さらに、可燃性および爆発性の金属だけでなく、いくつかの反応性金属も 3D プリントには適していません。これらの金属は空気中で容易に酸化したり、湿気と反応して酸化物や水素化物を生成したりするため、材料特性や印刷品質に影響を与える可能性があります。たとえば、アルミニウムはこの手順を阻害しますが、チタンおよびアルミニウム合金はレーザー焼結中に酸化層を生成する傾向があるため、高温保護下で除去する必要があります。さらに、チタンやアルミニウムなどの活性金属粉末は、小さな粒子として表現される爆発性の特性を持っており、加工の安全上の危険を引き起こします。したがって、理論的には 3D プリンティング技術を使用してこれらの金属を加工できたとしても、実際の運用では雰囲気を保護するために不活性ガスを使用したり、粉塵濃度を制御したりするなど、特別な安全対策を講じる必要があり、加工の難易度とコストが増加します。
3.低融点揮発性金属
さらに、融点が低く揮発性の金属は 3D プリントに適していません。これらの金属は加熱プロセス全体を通じて揮発または液化する傾向があり、これにより印刷プロセス全体で大きな材料損失が発生し、安定した三次元構造を作成する際に課題が生じます。たとえば、水銀は低融点金属であり、その融点はわずか -38.83 度であり、周囲温度よりはるかに低いため、3D プリントできません。同様に、揮発性元素を含む一部の合金は、加熱中に揮発性成分が失われ、合金組成が変化し、最終製品の性能に影響を与えるため、3D プリントには適していません。
4.素材属性の制限
前述の要素とは別に、金属材料の一部の特性により 3D プリントの能力が制限される場合があります。たとえば、一部の金属は非常に脆いため、加工中に亀裂や破損が発生しやすくなります。他の金属は粘度が高いため、溶融状態で正確に管理することが困難です。これらの特性により、3D プリンティングがより困難かつ高価になり、さらには基準を満たすコンポーネントを効果的に製造できなくなる可能性があります。
5.技術的な制限と修正
上記の制約にもかかわらず、エンジニアと研究者はそれらを克服するために取り組んできました。 3D プリントできる金属の範囲は、たとえば、プリント装置とプロセスパラメータを改善し、プリント温度と速度を上げ、独自の粉末の準備と処理手順を採用することによって拡大できます。さらに、直接エネルギー蒸着や接着剤スプレーなどの特定の新しい 3D プリンティング技術も定期的に成長しており、より多くの種類の金属に加工オプションを提供します。
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/aluminium-heatsink-by-3d-additive.html