金属の材料押出積層造形の強度は積層段階で決まる

 金属の材料押出積層造形（Metal MEX）において、市販のシステムを用いて316Lペーストの堆積と焼結について検討した研究報告があります。初期の積層から固化、最終焼結に至るまでの様々な段階における欠陥の形成と除去の性質について検討されており、結論は、最終強度は脱脂焼結工程ではなく積層工程で決定するということです。さらに、特に興味深い限界値として次の法則を共有化しておきます。

焼結状態からグリーン状態への個々の気孔の収縮、部分的および完全な閉塞の定量的な結果として、気孔が原料金属粒子のD90に相当する大きさより大きい場合、焼結時に完全に閉じることができない。最終部品の性能に大きな影響を与える。

 文献：”Defect evolution and mitigation in metal extrusion additive manufacturing: From deposition to sintering”、Sajad Hosseinimehr ら、Journal of Materials Processing Tech. 329 (2024) 118457

【珈琲ブレイ句】Metal MEXは、開放空間で積層するため、積層材料同士を密着させることが難しいと考えられます。一方、MIMは金型という閉塞空間への高速射出成形なので充填圧力を高くできます。したがって、ガス逃げが完璧であれば気泡を発生させないことも可能です。MEXの積層は相当難しい技術ですね。いかに気泡をに無くして積層するかが勝負だということです。

MIMとMEXなど各種金属素形材の強度VS延性地図

 文献：”Defect evolution and mitigation in metal extrusion additive manufacturing: From deposition to sintering”、Sajad Hosseinimehr ら、Journal of Materials Processing Tech. 329 (2024) 118457、Fig. 15. 

【珈琲ブレイ句】文献で報告されている各種素形材のUTS引張強度と破断伸びの地図を載せておきます。強度と延性は二律背反の関係がありますが、やはり溶性材が両立させていることがわかります。次にMIMとMEXもなかなかの成績です。意外なのはPBFの引張強度が高い文献があることです。ただし、この地図には各種の材質が混在しているので「ザックリとした傾向」を見るだけに留めておきます。ちなみに図中のThis workはMEXです。

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AM3Dプリンティングセミナーから学んだこと

 【珈琲ブレイ句】SCSKデジタルエンジニアリングフォーラム2025DAY3に参加しました。いくつかメモしておきます。

技術的分類「Direct：粉末溶融凝固技術」「Indirect：粉末焼結技術」

①レーザー・Direct：スポット径を大小自由に制御できるレーザー発振装置「ｎLight社、AFX-1000」、《効果》積層時間短縮、品質良好。

②スーパーエンプラ材：SOLIZE PARTNERS社  タグチメソッドのパラメータ設計を使って設計されたミニ四駆の筐体により公式コースで１秒短縮させた。曲げ強度を重視した軽量化設計による。

③鋳造用砂型・Indirect：木村鋳造所、S-MAX（ExOne）、フラン自硬性鋳型、Metal AMとの選定境界線の目安は、鋳鋼20Kg＋生産数５個の採用が多い。　生産量が多ければ従来のロストフォーム鋳造へ、小物品は苦手なので光造形３Dモデル利用の精密鋳造（そっくりCAST、DIGITAL CAST）を選ぶ。

④最近はMetal AMで試作だけでなく量産品を製造することも始まっている。その目的・メリットとは、《金型不要》リードタイム短縮、金型管理レス、設計自由度が高い《形状自由度が高い》一体化（小型化、計量化）、要素の高密度化（レイアウト自由度向上、高性能化、小型・軽量化）

データセンターで使用する『高性能ヒートシンク』の量産化はすでに始まっているようだ。

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