国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院工学研究科の王 文苑(オウ ブンエン) 博士後期課程学生(日本学術振興会 特別研究員)、高田 尚記 准教授(戦略的創造研究推進事業 さきがけ研究員)、鈴木 飛鳥 助教、小橋 眞 教授は、あいち産業科学技術総合センター 加藤 正樹 氏(名古屋大学 未来社会創造機構 客員教授)と連携し、金属3Dプリンタ技術のひとつであるレーザ粉末床溶融結合法注3)で造形可能なアルミニウム合金を理論計算に基づき設計しました。その3Dプリンタ造形材が、従来のアルミニウムより遥かに優れた高温強度注4)を示すことを見出しました。
本研究では、金属3Dプリンタ技術が複雑な形の金属部材を造るだけでなく、素材にこれまでにない高機能性をもたらすことを示しました。また設計合金は、自動車エンジン用圧縮機の回転体部品など、様々な軽量・耐熱部材への適用が期待されます。
本研究成果は、2023年3月24日付3Dプリンタ技術に関する国際学術誌「Additive Manufacturing」に掲載されました。
・新たに設計した2.5%Feと2%Mnを含むアルミニウム(Al-Fe-Mn合金)粉末は、金属3Dプリンタ注1)の良好な製造性を示した。
・Al-Fe-Mn合金注2)の3Dプリンタ造形材は、従来のアルミニウムより200℃以上の高温にて遥かに高い強度を示した。
・新たに設計したAl-Fe-Mn合金は、金属3Dプリンタを用いて様々な輸送機器に使用される軽量・耐熱部材への適用が期待される。
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注1)金属3Dプリンタ:
コンピュータで制作した3次元データを使って、その形に金属を用いて造形する装置。 国際規格ISO/ASTM 52900 により、3Dプリンタ技術は7つのカテゴリに分類され、金属に適用可能な手法は4つである。
注2)合金:
二種以上の金属を混ぜた材料・物質。金属と非金属元素を混ぜた材料も、金属的性質を持つものは合金と呼ばれる場合が多い。
注3)レーザ粉末床溶融結合法:
英語では、Laser Powder Bed Fusion(L-PBF)と呼ぶ。3次元データに基づいて、一層ずつ金属粉末を積み重ね、これを繰り返して対象物を造形する。具体的には、レーザ(Laser)照射を利用し、数十マイクロメートル厚さの金属粉末層(Powder Bed)を結合(Fusion)させる過程を繰り返し、金属の構造体を製造する技術。
注4)高温強度:
高い温度における素材の強さ。圧力と同じPa表記。構造用金属材料の場合、金属の溶ける温度(絶対温度)の半分以上を高温と称する場合が多い。
雑誌名: Additive Manufacturing
論文タイトル: Design of Al-Fe-Mn alloy for both high-temperature strength and sufficient processability of laser powder bed fusion
著者: Wenyuan Wang, Naoki Takata, Asuka Suzuki, Makoto Kobashi, Masaki Kato
DOI: 10.1016/j.addma.2023.103524
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860423001379?via%3Dihub
大学院工学研究科 高田 尚記 准教授
http://www.numse.nagoya-u.ac.jp/P6/kobashi/
インタビュー記事「形だけじゃない!! 金属3Dプリンターで、”もっと強い”材料開発に成功」(名古屋大学研究フロントライン)