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【鋳造・展伸材との強度比較】金属3Dプリンター用高強度アルミ合金

2021年6月28日

強度について／金属3Dプリンターで造形したモノ

引張強度試験

金属3Dプリンターで造形したモノについては強度が足りないというイメージを持っている方は多いですが、実際にはそのようなことはなく、鋼種によってはむしろ強い強度が出ることもあります。

本コラムでは、金属3Dプリンターの材料としても良く使われるアルミ合金について、当社の技術業務提携先である株式会社東京アールアンドデーと共に実施した、鋳造材および展伸材との強度比較試験の結果についてシェアさせて頂きたいと思います。


アルミ以外の金属（チタン合金、純チタン、ニッケル基合金、SUS、マルエージ鋼、コバルト基合金）の強度についてはこちら。

試験材料について

【金属3Dプリンター用】

  • AlSi10Mg：金属3Dプリンター用として標準的に使われているアルミ合金（下図、メーカー公称値参照元：EOS社データシート）


【展伸材・鋳造材】

  • A5052-H34：代表的な展伸アルミ材（下図、メーカー公称値参照元：アルミニウムハンドブック）
  • AC4C-T6：代表的な鋳造アルミ材（下図、メーカー公称値参照元：鋳造・熱処理はコイワイ社で実施／試験は当社にて実施）


機械的特性（メーカー公称値）
材料 AlSi10Mg ANP-H4 A5052-H34 AC4C-T6
製造方法 金属3Dプリンター 金属3Dプリンター 展伸 鋳造
積層方向 0° 90° 0° 90° ー ー
引張強さ[MPa] 390 360 ー ー 260 220
0.2%耐力[MPa] 210 220 ー ー 215 190

※ANP-H4は開発材料のため、公称値なし。

※積層方向とは、金属3Dプリンターで積層造形する際のレイアウトのことを指す（下図参照）。積層方向による物性差を確認するために、本件は2つの積層方向（0°と90°）で試験片の造形を行った。

※試験片の形状は、JIS14号試験片とした（参考資料）。全ての形態につき、切削にて試験片形状への加工を行った。

※各形態につき、n=5本とした。

※金属3Dプリンターは、当社の保有するEOS M280を使用した（当社保有金属3Dプリンター一覧はこちら）。

※引張試験は、当社の保有する万能試験機（島津製作所／型番UH-600kNX）を使用した（当社保有設備一覧はこちら）。


試験結果

引張試験結果
材料 AlSi10Mg ANP-H4 A5052-H34 AC4C-T6
積層方向 0° 90° 0° 90° ー ー
引張強さ[MPa] 384 356 486 489 275 275
変動係数[%] 1.84 0.93 1.31 0.65 0.92 1.82
0.2%耐力[MPa] 211 223 322 348 218 247
変動係数[%] 2.22 1.28 1.52 0.79 1.03 4.36

AlSi10Mg／金属3Dプリンターで標準的に使用されるアルミ合金

  • 0.2%耐力も同様に、メーカー公称値に対して±2%以内の結果が得られた。
  • 0°と90°の違いは、メーカー公称値同様に、0°の引張強さは高く、0.2%耐力は低い結果となった。

ANP-H4／金属3Dプリンター用高強度アルミ合金

  • 引張強さは、AlSi10Mgに対し、約100MPa高い数値が得られた。
  • 0.2%耐力についても、AlSi10Mgに対し、約100MPa高い数値が得られた。
  • AlSi10Mgと違い、0°、90°の引張強さは同程度の数値が得られた。
  • 0.2%耐力は90°が高い数値を示し、AlSi10Mgと同様の傾向となった。


試験結果まとめ（鋳造材・展伸材と金属3Dプリンターとの比較の観点から）

  • AlSi10MgおよびANP-H4は、今回の積層条件下においては、鋳造材（AC4C-T6）と展伸材（A5052-H34）よりも強い引張強度が出た。


  • 引張強さについては、金属3Dプリンターは鋳造材と同等のばらつき度合いであることから、今回の積層条件下においては、金属3Dプリンターでも安定した機械的特性が得られることが分かる。



AlSi10MgおよびANP-H4を使用した造形見積依頼、お問い合わせ等はこちらから。


当社では耐熱性に特化した金属3Dプリンター用アルミ合金を使用した造形にも対応しております。詳しくはこちら。


アルミ以外の金属（チタン合金、純チタン、ニッケル基合金、SUS、マルエージ鋼、コバルト基合金）の強度についてはこちら。


金属3Dプリンター総合技術サービス | 日本積層造形株式会社

付録

引張試験結果
材料 AlSi10Mg ANP-H4 A5052-H34 AC4C-T6
積層方向 0° 90° 0° 90° ー ー
引張強さ[MPa] 384 356 486 489 275 275
変動係数[%] 1.84 0.93 1.31 0.65 0.92 1.82
0.2%耐力[MPa] 211 223 322 348 218 247
変動係数[%] 2.22 1.28 1.52 0.79 1.03 4.36
ヤング率[GPa] 73.8 74.3 74.7 75.1 69.4 74.8
変動係数[%] 3.13 3.26 1.73 1.45 3.53 2.49
ポアソン比 0.34 0.33 0.33 0.33 0.34 0.32
変動係数[%] 1.91 1.38 1.00 1.03 1.62 3.89
伸び[%] 6.6 9.6 4.7 7.41 14.3 2.1
変動係数[%] 13.83 7.08 13.39 6.78 15.31 46.9

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