チームは 3D プリントを使用して航空宇宙、エネルギーの主要材料を強化

2023 年 5 月 22 日

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マサチューセッツ工科大学エリザベス・A・トムソン著

航空宇宙およびエネルギー生成における多くの重要な用途の鍵となる材料は、高温や引張応力などの極端な条件に破損することなく耐えることができなければなりません。 今回、MIT主導のエンジニアのチームが、そのような用途で現在使用されている主要な材料の1つを強化するための簡単で安価な方法を報告しています。

さらに、研究チームは、セラミックナノワイヤーで強化された金属粉末の3Dプリンティングを含む一般的なアプローチは、他の多くの材料を改良するために使用できると信じている。 「極限環境向けに、より高性能な材料の開発に対する大きなニーズが常に存在します。私たちは、この方法が将来他の材料にも大きな可能性を秘めていると信じています」と、バテル・エネルギー・アライアンスの原子力工学教授であり、原子力工学の教授であるJu Li氏は述べています。 MIT の材料科学工学部 (DMSE)。

リー氏は材料研究所 (MRL) にも所属しており、Additive Manufacturing 誌の 4 月 5 日号に掲載された研究に関する論文の責任著者 3 人のうちの 1 人です。 他の責任著者は、マサチューセッツ大学アマースト校のウェン・チェン教授とマサチューセッツ工科大学機械工学部の A. ジョン・ハート教授です。

チームのアプローチは、人気のある「超合金」、つまり 700°C (約 1,300°F) の温度などの極端な条件に耐えることができる金属であるインコネル 718 から始まります。 研究チームは、市販のインコネル 718 粉末に少量のセラミック ナノワイヤを加えて粉砕し、「インコネル粒子の表面にナノセラミックの均一な装飾」が得られると研究チームは書いている。

得られた粉末は、3D プリンティングの一種であるレーザー粉末床融合によって部品を作成するために使用されます。 このプロセスには、粉末の薄い層を印刷することが含まれており、各層は粉末上を移動するレーザーにさらされ、特定のパターンで粉末を溶かします。 次に、別の粉末の層を上に広げ、レーザーを移動させてこのプロセスを繰り返して、新しい層のパターンを溶かし、下の層と結合します。 全体的なプロセスにより、複雑な 3D パーツが作成される場合があります。

研究者らは、新しい粉末を使ってこの方法で作られた部品は、インコネル 718 だけで作られた部品よりも気孔率が大幅に低く、亀裂が少ないことを発見しました。 そしてそれが、部品の大幅な強化につながり、他にも多くの利点をもたらします。 たとえば、それらはより延性があり、伸縮性があり、放射線や高温負荷に対する耐性がはるかに優れています。

さらに、「既存の 3D 印刷機で動作するため、プロセス自体は高価ではありません。当社のパウダーを使用するだけで、はるかに優れたパフォーマンスが得られます」と Li 氏は言います。