金属積層造形と信頼できる熱物性データの必要性

近年、アディティブ・マニュファクチャリング（AM）は、3Dプリンティングとしても知られ、自動車、エレクトロニクス、バイオメディカル、建築、航空宇宙、食品産業などの分野で、コスト効率の高いニアネットシェイプの部品製造のための有望な技術として浮上している。これまでの記事では、プロセスウィンドウの決定と、選択的レーザー焼結を用いたポリアミド（PA）12粉末の等温結晶化挙動の研究に焦点を当ててきた。

SLMに適した材料は？

SLMプロセスは、ステンレス鋼、工具鋼、チタン、アルミニウム、コバルトクロム、タングステン、ニッケル基超合金などの合金の積層造形に使用されてきた。合金の中には、酸素に対する反応性、吸収性、濡れ性、熱的特性などのために反射率が高く、SLMへの適用が制限されているものもある。

アルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素を含むセラミックスは、SLMプロセスを使って付加製造されているが、セラミックスは脆く、熱伝導率が比較的低いため、一般にSLMにはより多くの課題がある。

製品品質向上のためのAM入力パラメータの最適化

SLMプロセスにおける最近の進歩にもかかわらず、過熱や加熱不足、反りなどの問題は、依然として最終製品の品質に問題を引き起こす可能性があります。SLM時の温度分布と熱負荷をより深く理解することで、プロセスパラメーター、ひいては最終的な部品品質を最適化するための取り組みが行われています。有限要素解析（FEA）などの熱機械シミュレーションは、バーチャルプロトタイピングの手段を提供し、メーカーがさまざまな材料に対してSLMプロセスパラメータとサポート構造形状を最適化するにつれて、ますます重要性を増しています。

熱伝導率がSLMプロセスパラメータに与える影響

代表的な熱機械SLMシミュレーションには、粉末ベッドと凝固部品の正確な温度依存性熱伝導率データが必要です。NETZSCH LFA 467HT HyperFlashは、1250°CまでのSLM原料粉末およびSLM完成品の熱伝導率測定に適しています。温度依存密度(ρ)の補正は、ダイラトメーターを用いてルーチンに測定できます。 NETZSCH DIL 402 Expedis^®Classic高温域の比熱容量（_{比熱容量（cp）熱容量は材料固有の物理量であり、試験片に供給される熱量をその結果生じる温度上昇で割ることによって決定される。比熱容量は、試料の単位質量に関連している。cp}）は、NETZSCH DSC（404F1 Pegasus^® など）を用いて測定する。測定はすべて同じ温度範囲で行う。

応用例オーステナイト系ステンレス鋼粉末の熱伝導率

以下の応用例では、フラッシュ法（LFA）を用いて、オーステナイト系ステンレス鋼粉末の室温から1000℃までの熱拡散率を測定しました。

図3からわかるように、熱拡散率と熱伝導率は同じ傾向を示している。焼結ステップの違いにより、両者とも大幅に増加している。もちろん、熱伝導率の増加は、熱拡散率の変化と500℃を超える粉末層の密度の増加の影響を受ける。最適な製品品質を確保するために適切なSLM投入パラメーターを選択する際には、粉末床の緻密化による熱伝導率の増加を考慮する必要があります。さらに、このことが、造形中に層ごと、あるいは特定の領域ごとにパラメーターを適合させることに研究の焦点が当てられてきた理由のひとつでもある。

参考文献

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