3Dプリントによる高強度・高変形性のアルミニウム合金の新製造法が登場

Tokyoパデュー大学の研究者たちは、3Dプリントに適した非常に強いアルミニウム合金を作る新しい方法を開発しました。ハイエン・ワンとシンハン・ジャンを中心に、大学院生のアンユー・シャンの協力を得て、彼らはコバルト、鉄、ニッケル、チタンなどの金属をアルミニウムに加え、微細なスケールで新しい強力な構造を形成しました。

王と張のチームは特許を申請し、研究成果をNature Communicationsに発表しました。この研究は、米国国家科学財団と海軍研究局から資金提供を受けて行われました。

この新しい手法の主な利点には次のものがあります：

• 引張強度900 MPaを超える強力なアルミニウム合金。
• 従来の合金を上回る高い塑性変形性。
• 3Dプリンティング中の熱による亀裂の回避。

高強度のアルミニウム合金は、積層造形技術で使用される際にしばしば亀裂が生じる問題があります。Shangは、この亀裂が時間の経過とともに材料を弱くする可能性があると指摘しています。亀裂を防ぐために、従来の方法では合金に粒子を添加していますが、その結果、強度は300から500 MPa程度にとどまっています。一方、鋼は通常600から1,000 MPaの強度を持つため、より強力なアルミニウム合金が求められています。

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パデュー大学の手法はユニークであり、通常はアルミニウム合金に含まれない金属を使用しています。研究者たちは、金属の微細構造を作成し、材料が脆くなるのを防いでいます。この微細構造によって、材料はより強く、かつ柔軟になります。重要な革新のひとつに、レーザーを用いた3Dプリント技術があり、これにより材料を急速に加熱・冷却して強固な微細構造を形成しています。

王氏は、新しい合金には微小な硬い粒子と大きなアルミニウム粒子が混ざっていると説明しました。この構造により、加工時に金属を硬化させるのに有益なストレスが加わります。チームはこれをテストし、新しいアルミニウム合金が非常に強く、容易に破損せずに曲げることができることを確認しました。

これらの試験において、Shang氏は合金が900 MPaを超える強度を示し、一部の領域では1 GPaを超える応力レベルが観察されると述べた。変形後の分析では、複雑な転位構造と金属間化合物中の積層欠陥が明らかになった。

この新しい開発は、材料科学において大きな進展であり、特に航空宇宙産業や自動車産業にとって重要です。改良されたアルミニウム合金は、軽量でかつ強度のある部品をもたらし、車両や航空機の性能向上と安全性を高める可能性があります。この新技術が実用化されれば、3Dプリントにおいて強くて柔軟性のあるアルミニウム合金の新たな基準を確立することができるでしょう。多くの用途が期待され、これらの素材は多くの重要な分野で明るい未来を約束しています。