新しいプロセスが 3D を支援

3D プリント技術により複雑な金属部品を効率的に製造できるようになりますが、そのような部品は応力や加熱により変形することがよくあります。 しかし、MIT で開発された新しい技術のおかげで、それはもうすぐ当てはまらなくなるかもしれません。

既存の 3D プリント金属コンポーネントの問題は、持続的な機械的応力と高熱により金属が永久的に変形する「クリープ」として知られる現象にあります。 クリープは、金属が微細な粒子で構成されている場合に特に発生しやすく、これは 3D プリントされた金属の場合に当てはまります。

ザカリー・コルデロ教授率いるMITのチームは、粒子を大きくしてクリープの影響を受けにくくする熱処理プロセスを開発した。 これは、方向性再結晶化として知られる既存の技術のバリエーションです。

実験室テストでは、3D プリントしたニッケル合金ロッドを最初に誘導コイルの真下の室温の水槽に置き、その後さまざまな速度でコイルを通してゆっくりと真上に引き上げました。 これにより、各ロッドの一部が 1,200 °C ～ 1,245 °C (2,192 °F ～ 2,273 °F) の範囲の温度に加熱され、コイルと水の間の金属内に急峻な熱勾配が生じます。

この勾配により、金属の微細な粒子がさらに大きな「柱状」粒子に変化しました。 その言葉が示すように、新しい粒子は柱の形をとり、金属内の最大応力の軸に沿って整列しました。

ロッドの場合、最適な効果は、温度 1,235 °C (2,255 °F) および 1 時間あたり 2.5 mm の線引き速度で発生することがわかりました。科学者は、その速度を高めることに取り組んでいます。 言うまでもなく、他の金属の場合は、他の組み合わせがより適切に機能する可能性があります。 実際、3D プリント部品の使用目的に応じて、処理中の温度と速度を変更することで、単一のアイテム内で粒子構造を変えることができます。

現在の計画では、継続的な機械的応力と高熱に耐えなければならないガスタービンやジェットエンジンのブレードに似た構造物でこの技術をテストすることが求められている。 実際にクリープが発生しにくいことが証明されれば、より優れた、より効率的な設計への道が開かれる可能性があります。

「新しいブレードとベーンの形状により、よりエネルギー効率の高い陸上ガスタービンが可能になり、最終的には航空エンジンも可能になるでしょう」とコルデロ氏は述べた。 「基本的な観点から見ると、これらのデバイスの効率が向上するだけで、二酸化炭素排出量の削減につながる可能性があります。」

この研究に関する論文は最近、雑誌「Additive Manufacturing」に掲載されました。

出典: MIT