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技術情報

金属積層造形における金属粉末の流動性

PBF(Powder Bed Fusion)方式の金属積層造形において粉末供給や回収は重要な因子であり、粉末をリコータ
で敷き詰める工程も重要です。この因子に係わる重要な粉末特性の一つに流動性があります。流動性は造形
物の品質にも影響を与えるため、今回は流動性についてご紹介致します 。

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粉末のモーフォロジー

粉末の流動性の因子に、粒子形状があります。粒子形状が異形では粒子同士の引っ掛かりが生じ、球形に比
べ流動性が悪い事が知られています。今回は自動画像解析による粒子形状の測定についてご紹介致します。

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粒子径分布の測定

金属積層造形用に使用される金属粉末は方式により流動性が良い事が要求されるため、粒子径分布が狭く、
整っている事が望ましいとされています。今回はその粒子径分布 の測定 について、弊社所有の レーザ回折式
粒度分布測定装置を中心にご紹介致します。

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高強度ステンレス鋼Custom465® / 航空宇宙用ピニオンギア

Carpenter Technologyが開発した高強度ステンレス鋼 Custom465® と、当材料を用いて造形された航空宇
宙用ピニオンギアの事例をご紹介致します。現在、紹介するピニオンギアは、主要航空機メーカーの耐摩耗
性と耐腐食性の寿命を証明するために、地上での飛行サイクル試験にかけられています。

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造形事例【 1 】シュラウド・インペラー

実際のポンプ製品に使われているサイズと同じであるシュラウド・インペラーのモックアップをご紹介致し
ます。形状としては一般的なクローズド・インペラーの一種ですが、製作個数が多くない場合などでは従来
工法 鋳造・切削)と比較し、工程の短縮・材料ロスの減少により総合的には早く・安く製造できる可能性が
あります。

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造形事例【 2 】チタン・インプラント(人工骨)

レーザーパウダーベッドフュージョンの方式で造形された純チタン製のインプラントをご紹介致します。チ
タンは生体親和性が高い材料であることから、海外では医療用途での実用が進んでおります。医療用途には
コンタミネーション異物混入のない材料提供が必須ですが、 Carpenter Additive では ISO9001・ISO13485
を保持する拠点にて粉末加工を行いコンタミのない安定品質を提供致します。

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造形事例【 3 】ラティス構造物

Ti6Al 4V の粉末を用いて約1mm~2mm径が折り重なるラティス(格子)構造の造形物をご紹介致します。
ラティス構造は軽量化を図りながらも高い耐荷重性を保つ際に有効であり、業界を問わずAM技術として広く
使われております。均等なラティス構造を造形するには、均質な金属粉末が求められます。

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造形事例【 4 】複合マニホールド

コンピュータ計算を用いた流体力学(Computational Fluid Dynamics)で設計された複雑形状のマニホールド
の造形物をご紹介致します。造形物は Carpenter Additive の一拠点である “Carpenter Additive
Camarillo”(カリフォルニア)にて造形されました。

同拠点は航空宇宙業界向けに受託造形を請け負っていた経験を活かし、造形コンサルとして重要な役割を
果たしております。

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マルエージング鋼:加工性に及ぼす合金化学の影響

金属粉末を使用して必要な特性を持つ部品を製造するためには適切な材料仕様を定義することが重要です。
今回は過去に Carpenter Additive が経験した、マルエージング鋼の化学組成が原因となり造形不良が発生し
た事案とその調査・改善までの道のりを通じて、その重要性をご紹介致します。

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SUS316L粉末のレーザ回折法による粒度分布分析

安定した造形には、安定した品質の金属粉末は欠かせません。Carpenter Additive は、供給する材料のブレ
ンド(同じ組成の粉末を混ぜ合わせる事)と容器への充填を制御するための技術を開発しました。複数の容器に
充填された 316 粉末の粒度分布を測定し、その安定性を検証します。

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プラズマ球形化による金属粉末の流動性と充填特性の改善

造形装置にもよりますが、粉末層の品質や溶融挙動には、金属粉末の形態や充填密度が大きく影響します。
Carpenter Additive でのプラズマ球形化は、さまざまな金属粉末の形状、流動性、および充填特性を定義さ
れた仕様に制御して、信頼性と再現性の高い性能を実現する効果的な方法であることが証明されました。

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真空と非真空溶融ガスアトマイズ粉末

ガスアトマイズ粉末の製造における溶融中の雰囲気が、加工した粉末中の不純物、特に酸素と窒素の含有量
にどのような影響を与えるかを理解することは重要です。これは、最終製品の微細構造や機械的特性(伸
び、最高引張強さ(UTS)、破断寿命など)に有害な影響を及ぼすことがわかっています。大気中・不活性ガス・
真空中の 3 つ雰囲気中で製造された718粉末を用い、繰返しの造形における影響を調査しました。

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タップ密度 ~タップ密度と流動性・見掛け密度の関係について~

AM用金属パウダーの評価手法の一つである「タップ密度」規格:ASTM B527) についてご紹介致します。
タップ密度は単なる密度の評価だけではなく、粉末の見掛け密度(Apparent との比較によって導き出
すことのできる数値指標により、粉末の流動性評価にも役立ちます。

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ガスアトマイズ法 vs プラズマアトマイズ法 - チタン合金粉末品質の比較評価

代表的な金属積層造形材料であるチタン合金(Ti64)は、現在その約70%がプラズマアトマイズ法で製造され
ていますが、経済性に優れたガスアトマイズ法も関心を集めています。このケーススタディでは、電極誘導
溶解ガスアトマイズ(EIGA)とプラズマアトマイズ (PA)の2製法で製造されたチタン合金粉末を比較評価し、
金属積層造形に関わる粉末品質面において EIGA 粉末はPA粉末と同等以上であることを検証しました。

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