粉末床溶融結合法は、レーザや電子ビームなどのエネルギー源がある負荷製造(AM)プロセスです。金属、セラミック、ポリマーなどの粒子材料を融合して、3次元の物体を形成するために使用されます。 共通の技術に、選択的レーザ焼結、選択的レーザ溶解、電子ビーム溶解があります。

粉末床プロセスでは、特に金属の場合、粉末のコストが最終的な付加製造部品の合計製造コストの3分の1を占める場合があります。 そのため、商用利用の実現性は、堅牢なサプライチェーンと効率的な金属粉リサイクル戦略にかかっています。 さらに、金属粉の化学的性質と物理的特性は、構築プロセスと最終部品の品質に直接影響します。 プロセスの堅牢性と一貫性を維持するには、3つの特性を制御し最適化する必要があります。

これを実現するには、サプライチェーンがさまざまな段階(新合金やポリマー開発から粉末リサイクルまで)で粉末の特性評価を行う必要があります。 付加製造粉末の特性評価には、主にレーザ回析、自動画像分析、蛍光X線、及びX線回折の4つの分析技術が使用されます。

これらの技術に対して、Malvern Panalyticalでは、専門家の分析ソリューションを提供しています。

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粒子径

粒子径分布は、粉末床充填と流動性に影響し、さらに、製品品質及び最終部品の特性にも影響するため、粉末床付加製造プロセスにとって重要です。

付加製造に適した金属、セラミック、及びポリマー粉末の粒子径分布を測定するレーザ回析は、世界中の粉末生産業者、部品メーカー、機械メーカーが粉末製品を認定、最適化するために使用している確立された技術です。 レーザ回析 – Mastersizer 3000を使用するか、Insitecをオンラインで使用することで、 実験室環境で完全な高解像度の粒子径分布を提供できます。

粒子形状

粉末床密度と粉体流動性は、粒径と粒子形状に直接影響を受けます。 そのため、粒子形状は、粉末床付加製造にとってもう一つの重要な基準になります。 滑らかで規則的な形状の粒子は、表面が粗く不規則な形状の粒子より流動性に優れ、簡単に充填できるため、理想的です。

添加剤メーカーはこの規則的な形状を実現できるようにするために、Morphologi 4自動画像処理システムを使用して、金属、セラミック、ポリマー粉末のサイズと形状を分類し、定量化することができます。 Morphologi 4では、長さや幅などの粒度測定、真円度や凸度(粗さ)などの粒子形状評価を組み合わせることでこれを実行します。

元素組成

元素組成は、金属合金にとって特に重要です。それは、合金成分の濃度中の小さな変動が、化学的/物理的特性(強度、硬度、耐用年数、及び耐薬品性)に影響する可能性があるためです。

これらの変動、汚染物質、含有物を検知し、金属合金とセラミックの元素組成を決定するために、当社のZetiumEpsilonなどの蛍光X線(XRF)システムが広く使用されています。 XRFではまた、他の技術と比較して大幅に時間とコストを節約できます。 

ミクロ構造

相成分、残留応力、粒度サイズ、粒度分布(質感)などのミクロ構造の特性は、製造部品の化学/機械的特性に影響する可能性があるため、非常に重要です。 

これらのミクロ構造特性を分析し、最終部品の特性を管理するために、AerisなどのベンチトップX線回折(XRD)システムが、金属の相分析を実行するために広く使用されています。 さまざまな条件下での質感、粒度サイズ、残留応力に関する追加情報については、Empyreanのような多目的回折装置を使用できます。 XRDは、ポリマーやセラミックの構造や結晶化度の研究にも広く使用されています。 高分子粉末の分子量及び分子構造を決定するために、Omnisecなどのゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)システムが広く使用されています。 

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