PSI 噴霧化により 3D プリント用にアルミニウム粉末を最適化

2022年9月29日

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英国イーストサセックス州ヘールシャムのフェニックス サイエンティフィック インダストリーズ (PSI) は、アルミニウムの加工に使用される同社の先進的な噴霧システムに対する需要が高まっていると報告しています。 PSI は、HERMIGA アトマイザー シリーズを通じて、高品質の球状アルミニウム粉末を製造するための ATEX 定格の装置をお客様に提供しています。 粒度分布はエンドユーザーに合わせて調整でき、レーザービーム粉末床融合（PBF-LB）積層造形などのアプリケーション向けの範囲のより微細な端まで、高い収率を実現します。 HERMIGA ポートフォリオは研究開発から大容量生産規模のシステムまで多岐にわたり、バッチ注入モードと連続注入モードの両方で提供されます。 これは、PSI の粉末冶金開発活動と生産後の粉末処理技術によってさらに補完されます。

アルミニウムは酸素と親和性のある低密度の反応性金属である、と PSI は説明します。 自然界では化合物の形で存在し、純粋なアルミニウム金属の製造（電解還元を必要とするエネルギー集約的なプロセス）の最も一般的な原料はボーキサイト（主に酸化アルミニウム）です。 反応性金属であるアルミニウムは可燃性であり、潜在的に可燃性でもあります。 特定の化学反応でも可燃性ガスが発生します (例: 2Al + 3H2O = Al2O3 + H2)。 アルミニウムは空気にさらされると安定した酸化物層を容易に形成し、一度コーティングされると、バルク部品は日常の多くの用途で一般的に使用されます。

しかし、粉末の場合、表面積が増加するため危険因子が増加し、発火の可能性が広く認識されています。 アルミニウム粉末は、製造や取り扱いに課題を引き起こす可能性があるまさにその特性により、溶射コーティング、塗料の製造、積層造形、触媒、固体推進剤、花火、爆薬などの幅広い用途に非常に役立ちます。

積層造形の成長により、レーザーおよび電子ビーム AM プロセスの独特の溶融および凝固特性に特に適した新しい組成物の開発が促進されました。 これらの合金の多くには、希土類 Ti や Zr などの反応性元素が含まれており、PSI の 120 シリーズ HERMIGA 量産規模アトマイザーで提供されるクリーン真空/不活性ガス溶解および噴霧技術が必要です。 このようなアトマイザーの 1 つが、フランスのウッカンジュにある IRT M2P の金属粉末施設に最近設置されました。 PSI氏によると、設置には一定の課題があり、設置面積が限られている既存の高層ビルに合わせるために、アトマイザーの大型コンポーネントが屋根を通して設置されるため、一定の課題に直面したという。

PSI は、積層造形用の A20X™ アルミニウム合金の開発にも取り組んだと報告しています。 この合金は、TiB2 含有量の分散硬化効果により特に優れた高温強度を備えており、NATEP の資金提供を通じて開発されました。高いS必要あ光のP積層造形のための注文」(HIGHSAP) プロジェクト。 このコンソーシアムは、エアロメット (主要パートナー)、PSI、レニショー、ロールスロイスを結集して、噴霧によって製造される A20X パウダーを最適化し、航空宇宙、防衛、自動車用途の AM 製造要件を満たすのに最適な特性を実現しました。 PSI で生成された粉末を使用して、コンソーシアムは機械的試験片とコンポーネントを積層造形しました。 コンソーシアムの専門知識と能力を組み合わせることにより、次の室温特性が達成されました。 極限強度511MPa、降伏強度440MPa、伸び13%（高温試験も実施）。 AT20X 粉末は現在市販されています。

過去 4 年間にわたり、PSI は流動床技術の分野に参入してきました。 FBR は、金属粉末およびその他の粉末の処理において非常に多用途です。 アプリケーションには、熱処理、化学反応、および商業的に魅力的な量にスケールできるバルク粉末の化学蒸着 (CVD) によるコーティングが含まれます。 流動床の質量と熱伝達特性により、流動床は高温での処理に特に適しており、圧力を容易に調整して生産量を最適化できます。

「英国を拠点とする粉末サプライチェーンの確立」工学練られた捕虜 ders (ENGPOW) プロジェクトでは、FBR 技術を使用して粉末を処理し、最終目的はコールドスプレー蒸着による損傷したアルミニウム機体コンポーネントの現場修理でした。 従来の溶接修復は、熱影響部 (HAZ) の母材合金の焼き戻しに悪影響を与えるため、使用できません。 コールド スプレー修理は、基材と互換性のある代替手段を提供しますが、関連するアルミニウム グレードをスプレーする際の堆積効率が低いために妨げられます。 この問題を解決するために、コンソーシアムは粉末を軟化させるカスタム熱処理を開発しました。これにより、粒子の変形が大きくなり、基板との結合が促進されます。 これを達成するために、PSI 設計の FBR プラットフォームを使用して粉末を溶体化熱処理し、その後抽出、急速急冷し、自然時効硬化の開始を防ぐために -40°C で冷蔵保存しました。 このコンソーシアムは、PSI (リード パートナー)、TWI、Alphatek Hyperformance Coatings と、顧問の立場にある BAE Systems で構成されていました。 格納容器を取り外した状態で PSI で運転されている FBR が上の写真であり、高温で熱処理する前にアルミニウム粉末の流動特性を確立するために使用される低温類似物も示されています。

PSI は最近、等モルのアルミニウム - リチウム合金粉末を製造する技術を開発しました。 Li の密度が 534 kg/m3 と非常に低いため、このような高体積部分を合金化することは、質量で最大 2.45% の Li を含むより一般的な構造バージョンと比較して、かなりの困難に直面しました。 これは、Li の蒸気圧が高いことと相まって、合金化とその後の粉末の取り扱いの両方において困難をもたらしました。 信頼できる爆発性データがほとんどなく、水と激しく反応する傾向があるため、改訂された不動態化手順を開発する必要がありました。 生産プラントは顧客のサイトに設置され、現在稼働しています。

PSIは、11月15日から18日までドイツのフランクフルトで開催される今年のFormnext展示会に出展します。 同社はホール 12.0 – ブース B14 に位置します。

www.psiltd.co.uk

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