アルミニウムは、その低密度、優れた機械的特性、機械加工性、耐食性、導電性により、積層造形用の金属粉末として人気があります。アルミニウム粉末の特性を最適化することで、航空宇宙、自動車、産業用途において、強度が高く軽量なアルミニウム部品の信頼性の高い印刷が可能になります。
このガイドでは、特性、仕様、噴霧化製造、品質保証に関する考慮事項、用途、および粉末床溶融またはバインダージェット3Dプリント用のアルミニウム粉末の調達に関するアドバイスについて説明します。
3dプリンターアルミ粉 作曲
AM用の一般的なアルミニウム・グレードには、以下のようなものがある：
| 合金 | 説明 | 典型的な構成 |
|---|---|---|
| AlSi10Mg | 強度と耐食性のためにシリコンとマグネシウムを添加した鋳造合金 | 残部 Al, 9-11% Si, 0.25-0.45% Mg, 0.8%以下 Fe, 0.2%以下 Cu |
| AlSi7Mg | AlSi10Mgによく似ているが、ケイ素含有量がわずかに低い。 | 残部 Al, 6-8% Si, 0.25-0.45% Mg, 0.8%以下 Fe, 0.2%以下 Cu |
| 6061 | マグネシウムとシリコンを含む非常に一般的な熱処理可能な錬合金。 | 残部 Al, 0.8-1.2% Mg, 0.4-0.8% Si, 0.7% max Fe, 0.15-0.4% Cu, 0.04-0.35% Cr |
組成を機械的特性、耐食性、溶接性のニーズ、合金コストに適合させる。
仕様概要
| パラメータ | 詳細 | 試験方法 |
|---|---|---|
| 純度 | >98%アルミニウムが望ましい | ICP分析 |
| 粒子形状 | 球面 >90%希望 | 顕微鏡検査 |
| サイズ分布 | D50：25～45μm（代表値 | レーザー回折 |
| 見かけ密度 | 1.2-1.8 g/cc | ホールフローメーター |
| 流動性 | ホールフロー 25-50 秒（50 g サンプル | ホールフローメーター |
| 酸化物と水酸化物 | <重量で3%未満 | TGA、XRD、不活性ガス融合 |
| 含水率 | <重量比0.2%未満 | TGA分析 |
高密度で強度の高い部品への欠陥の少ないAM加工に必要な、高い粉末品質と一貫性。
霧化法
3dプリンターによるアルミパウダー製造
- 空気噴霧 - 高圧空気は溶融アルミニウムを微細な球状の液滴に分解し、酸化を防ぎます。低エネルギープロセスにより、バインダージェット印刷に適した大きな粒子が得られます。
- 窒素噴霧 - 窒素雰囲気は、微粒化中の表面酸化を防止し、SLMやEBMに好まれる、より微細な粉末サイズ、より低い酸素、より高い流動特性を可能にする。
- 電極回転霧化 - 薄い溶融アルミニウムを窒素中で急速に紡糸すると、非常にタイトな粒度分布と優れた充填密度を持つ粉末が得られる。
プロセス雰囲気、冷却速度、ガスダイナミクスを制御することで、良好な流動性とせん断応答性を必要とするパウダーベッド用途のアルミニウム粒子径と形態を最適化します。
機械的特性
| 合金 | 密度 (g/cc) | 降伏強度 (MPa) | 引張強さ (MPa) | 伸び |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg | 2.68 | 228 | 398 | 7.9% |
| AlSi7Mg | 2.74 | 261 | 372 | 8.1% |
| 6061 | 2.70 | 241 | 303 | 11% |
指定された強度を満たすには、最適化された印刷パラメータとエージングなどの後処理が必要です。また、部品の向きも機械的性能に大きく影響します。
メタルAMアプリケーション
AlSi10Mgアルミニウムは、添加剤製造のために産業界全体で広く使用されている：
- 航空宇宙・防衛軽量機体、UAVコンポーネント、コンフォーマル熱交換器とコールドプレート、アクティブ格子構造。複合材レイアップのための高速ツーリング。
- 自動車：アルミニウムは鋼鉄よりも3倍低い体積エネルギーを持ち、軽量化による燃費向上を可能にします。カスタマイズされた車体パネル、継手、コントロールアームのようなシャーシ要素は、性能向上を可能にします。マニホールドハウジングのような熱交換器部品は、機能性を向上させます。炭素繊維複合材料用の治具と固定具。
- 工業用：小ロットから中ロットまで、カスタマイズされた連続生産。最適化されたフォームファクターによる電子機器熱管理用ヒートシンクインペラ、ポンプ、バルブ、ハウジングなどの流体部品軽量の耐久性を提供する治具、固定具、ガイド、ゲージ。
- 建築：オンデマンドで作られる特殊なカスタムパーツ。ブロンズインフィルとのハイブリッド印刷による装飾要素。ビジュアライゼーション用の寸法精度の高いスケールモデル。
認証基準
- ASTM B556 - 粉末冶金（PM）合金6061を使用したアルミニウム合金構造部品の標準仕様書
- ASTM B925 - 自動車、航空宇宙、防衛用途の粉末冶金法による加工用高級アルミニウム合金粉末の標準仕様書
- ASTM E2926 - 積層造形用アルミニウム粉末および原料の標準仕様書
購入前に、目標グレードの仕様およびAM処理の必要性に関する適合性を示す、統計的に検証されたバッチ証明書を確認する。
一般的な欠陥
アルミニウム金属AMの主な欠陥とその根本原因：
| 欠陥 | 原因 | ソリューション |
|---|---|---|
| 多孔性 | 水分; 酸化物; 金属の気化 | 湿度を下げ、酸化物を最小限に抑え、エネルギー密度を高める |
| クラッキング | 急冷；残留応力；不純物 | ビルドプレートの予熱の最適化; 熱間静水圧プレス; 高純度パウダー |
| デラミネーション | リコーター・ブレードの力、層の融合不良 | スムーズな粒度分布、散布層の最適化、スプレッダーの設定の検証 |
| ボーリング | 高い表面張力が流れを阻害する | より早く溶かすためのプレヒートプレート |
| 表面仕上げの問題 | スパッター、溶融していない粒子 | 与えられた粉体に対するパラメータの最適化 |
トライアルビルドを通じて印刷パラメーターを調整し、連続生産前に完全な高密度パーツを実現する。
価格決定要因
| パラメータ | インパクト |
|---|---|
| パウダーグレード | より高い純度／真球度は割高になる |
| 敷地面積 | 500kg以上でスケールメリットを享受 |
| 認定レベル | 完全認証とバッチテストの比較 |
| アトマイズ法 | 窒素 > 空気 高い一貫性と低い酸化物による |
| 地域物流 | 可能であれば地元で調達する |
粒度分布の小さいアルミニウムAMパウダーは、$50-100/kg前後の価格設定が予想される。大規模メーカーはスケールメリットを提供します。
購入時の注意
| パラメータ | 重要性 |
|---|---|
| 品質コンプライアンス | 高い |
| サンプリングの可否 | 高い |
| 技術的専門知識 | ミディアム |
| お客様の事例 | ミディアム |
| 価格 | 低い |
ベンダー比較
| メーカー | サイズ範囲 | 品質 | 一貫性 | リードタイムズ | 価格 |
|---|---|---|---|---|---|
| [ブランド1］ | 10-45 μm | 完全認定 | 非常に一貫している | 12～14週間 | $$$ |
| [ブランド2］ | 15-65 μm | バッチテスト | マイナー・バリエーション | 3～4週間 | $ |
| [ブランド3］ | 10-63 μm | 独立MPI | 最低スペックに適合 | 8～10週間 | $$ |
欠陥や特性逸脱のリスクを回避するために、たとえ割高な価格設定であっても、部品用途の品質コンプライアンス・ニーズに合致したトップブランドを選択する。
よくあるご質問
Q: アルミニウムのレーザー粉末床溶融に最適な粒子径は？
A: 25-45μmのアルミニウム粉末サイズ分画は、粉末床用途での散布および高密度融着に理想的な、良好なせん断および溶融流動反応を伴う高密度充填を促進します。
Q: アルミニウムAMパウダーはどのように保管するのが適切ですか？
A: 酸化と安定化を防ぐため、吸湿袋で容器を密閉する。
Q: 金属AM用のアルミパウダーは特別な取り扱いが必要ですか？
A: 非危険物に分類されるが、金属微粒子は呼吸器系の健康や粉塵爆発のリスクがあるため、安全プロトコルを確立する必要があり、承認されたPPEを着用し、換気の良い場所で粉体を使用すること。
Q:付加製造されたアルミニウム部品には、通常どのような後処理が施されるのですか？
A: アルミニウムAM部品は、残留応力を緩和し、機械的特性と表面仕上げを向上させるために、しばしば溶体化処理、時効析出硬化、不動態化処理、電解研磨が施されます。保護コーティングは耐食性と耐摩耗性を向上させます。
