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。

【ポイント】

・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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【用語説明】

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。

【論文情報】

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

【研究代表者】

大学院工学研究科　高田 尚記　准教授
http://www.numse.nagoya-u.ac.jp/P6/kobashi/

【関連情報】

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）