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Apr 11, 2024

3D

ニオブのような高融点金属から洗練された二重壁タービンブレードを 3D プリントできる能力により、エンジン動作温度を大幅に高める道が開かれます。 カステオンによれば、

ニオブのような高融点金属から洗練された二重壁タービンブレードを 3D プリントできる能力により、エンジン動作温度を大幅に高める道が開かれます。 カステオン

米国金属協会とその ASM 金属リファレンスブックによると、高融点金属は、融点が 2,200 ℃を超える天然に存在する金属元素です。

これらの金属 (モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン、レニウム) は、耐熱性と耐腐食性に優れているだけでなく、高温でも構造の完全性を維持します。 そのため、さまざまな困難な航空宇宙、産業、科学用途に最適です。

問題の 1 つは、高融点金属を機械加工や成形などの従来の製造方法で加工するのが非常に難しいことです。 このことと比較的高価であることから、高融点金属の使用は長い間、加工物の形状が比較的単純で、材料の除去が最小限で、製造が容易な超合金では必要な性能が得られない用途に限定されてきました。

しかし、積層造形 (AM) と高佑平氏のような研究者の努力のおかげで、状況はすべて変わろうとしています。

Gao 氏は、カリフォルニア州サウザンド オークスに本拠を置く AM の研究、開発、製造会社である Catheon Inc. の社長です。彼は、レーザー粉末床融合 (LPBF) が高融点金属および合金に関連する製造可能性の問題のほとんどを解決すると説明しました。 また、すべての金属 AM 技術と同様に、他の方法では製造が非現実的か不可能である多孔質または格子構造を組み込んだ、トポロジカルに最適化された軽量コンポーネントの作成も可能になります。

インコネル、ハステロイ、その他の一般的な耐熱超合金 (HRSA) のほぼ 2 倍の融点を持つ金属部品をコスト効率よく製造することで、刺激的な可能性への扉が開かれます。 温度が高いほど、ガス タービン エンジンの燃料効率が向上し、寿命が長くなります。これは民間航空業界や発電業界にとって最も重要です。

しかし、2016 年の会社設立以来、ガオ氏と彼のチームが取り組んできた多くのプロジェクトの 1 つである極超音速航空旅行の可能性もあります。

「NASA​​、米空軍、その他の機関は、商用および軍事用途での持続的な極超音速飛行に長い間関心を持ってきました」とガオ氏は述べた。 「しかし、ごく最近まで、高融点金属をマッハ 5 以上の速度に対応するのに必要な洗練された形状に加工することはできませんでした。」

彼と彼の同僚は、金属AMがこれらの形状を作り出すことができるだけでなく、ニオブベースの合金が同等の鍛造品よりもはるかに安定していることを発見しました。 これらは1,300℃の温度で1.8倍の引張強度を示す。タングステンやレニウムなどの他の高融点金属も同様の利点を示すと同氏は述べた。

Gao 氏は、このニッチ市場で成功を収める途中で課題に直面しました。 同氏は、高融点金属の合金や粉末の生産は「悪夢」であり、高コストと材料不足につながると述べた。 また、操作ウィンドウが狭く、「独特の粒子制御メカニズム」があるため、3D プリントも非常に困難であると彼は述べた。

このタンタル ノズル セグメントは、英国宇宙機関のプロジェクトのために作られました。 スタルクHC

いずれにしても、これらのユニークな金属は HRSA 代替金属よりもはるかに優れており、Gao 氏は、原材料の価格が下がり、より多くの人々が金属の印刷に必要な知識を習得するにつれて、その使用が増加すると確信しています。

Faith Oehlerking はこれらの各点に同意します。 ミシガン州コールドウォーターの高融点金属メーカーおよび部品メーカー HC Starck Solutions の積層造形研究開発エンジニアである彼女は、タングステン、タンタル、その他の元素の 3D プリントの謎を解き明かすことに日々を費やしています。 Gao と同様に、Oehlerking と HC Starck チームは、レニショーの LPBF テクノロジーを使用して彼女のそれを支援しています。 Starck はまた、ExOne との協力協定を通じて提供されるバインダー ジェット 3D プリンターで耐火金属部品を構築し、クーポンをテストします。