銅および銅合金は、高い導電性、熱伝導性、耐食性などの優れた物理的および化学的特性を備えており、電力産業、熱管理システム、原子力発電所、航空宇宙産業で広く使用されています。高強度、耐摩耗性、耐食性に優れた銅合金は、自動車部品や日用品などに使用されています。
本稿では、積層造形（AM）に使用される銅および銅合金の原料粉末の種類と調製法を紹介し、国内外の銅系部品のAM技術の現状をまとめます。さまざまな AM 方法のプロセス フローと長所と短所が強調され、部品の品質に影響を与える技術的な問題と対応する解決策が分析されました。銅ベース部品の AM 技術の開発の方向性についても議論されました。
AM テクノロジーは、部品の 3D モデルの層状スライスと離散データに基づいて、材料を層ごとに蓄積することによって部品を準備する新しい方法です。従来の製造方法と比較して、AM テクノロジーには高い設計自由度や短い生産サイクルなどの利点があり、複雑な形状、軽量、または多機能グラデーションを備えた 3D プリント部品に適しています。
アトマイズ銅及び銅合金粉末
アトマイズ法は、金属溶湯を機械的手段により150μm以下の粒子に粉砕します。さまざまな噴霧プロセスによって得られる金属粉末の微細構造は、球状、スポンジ状、球状、フレーク状などさまざまです。
コーティングされたパウダー
コーティングパウダーは、銅粉の表面に他の金属や合金をコーティングすることで、導電性や延性などの特性を向上させます。たとえば、図 2 はさまざまなコンポーネントを示しています。
銅および銅合金の積層造形プロセス
主な AM プロセスには、選択的レーザー溶融 (SLM)、電子ビーム溶融 (EBM)、バインダー ジェット (BJ)、および粉末押出印刷 (PEP) が含まれます。
1. 選択的レーザー溶融 (SLM)
SLM はレーザー ビームを使用して粉末材料を層ごとに溶かし、緻密な部品を形成します。寸法精度が高く、成膜速度が速いのが利点ですが、粉末材料の高い真球度や流動性が求められます。
2. 電子ビーム溶解 (EBM)
EBM は電子ビームを使用して金属粉末を溶解します。これは、複雑な構造の部品を作成するのに適しています。 EBMはSLMに比べてエネルギー利用効率が高いですが、設備コストが高くなります。
3. 接着剤スプレー（BJ）
BJは接着剤を噴霧することで粉末粒子を結合させ、その後焼結処理を行います。低コスト、高生産性が利点ですが、工程が多く、操作が複雑です。
4. 粉末押出印刷 (PEP)
BJは接着剤を噴霧することで粉末粒子を結合させ、その後焼結処理を行います。低コスト、高生産性が利点ですが、工程が多く、操作が複雑です。
主な応用例
AM技術は、熱交換器、インダクター、ロケットエンジン部品、芸術など、さまざまな分野で幅広い用途があります。たとえば、NASA は、SLM テクノロジーを使用して印刷された冷却チャネルを備えたロケット エンジン コンポーネントを開発しました。
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