金属3Dプリンターの強度

金属3Dプリンターの強度

金属3Dプリンター造形物の
強度について

金属3Dプリンターの造形物は、航空宇宙分野や医療分野、自動車分野など、すでにさまざまな分野で用いられています。
鋳造や鍛造などの従来工法と比べて、金属3Dプリンティング技術(金属積層造形技術)により造形したモノの強度について不安を抱く方は多いですが、日本積層造形株式会社 / JAMPT(ジャンプ)の保有する電子ビーム方式(EB-PBF)およびレーザー方式(L-PBF)は金属粉末を溶融・凝固させて造形するため、鋳造品や鍛造品と比べても同等か、より優れた機械的特性を示すケースがあります。

造形性について

材料装置
EB-PBF
(電子ビーム方式)
L-PBF
(レーザー方式)※1
Ti合金 Ti-6Al-4V
純Ti Grade-2V
Ni基合金 インコネル718〇※2〇※2
Ni基合金 インコネル625
SUS鋼 SUS316L
マルエージング鋼〇※3
AL合金 Al-10Si-Mg
Co基合金 CoCr
純Cu×
W×

※1:残留応力除去の熱処理が必要※2:溶体化処理・時効処理が必要※3:時効処理が必要

金属3Dプリンターと他工法との比較

L-PBF:レーザー方式 金属3Dプリンター、EB-PBF:電子ビーム方式 金属3Dプリンター

チタン合金 Ti-6Al-4V

チタン合金 Ti-6Al-4Vは軽量で強度が強く、錆びにくい特徴があります。
さらに、熱伝導率も小さく非磁性であることから、航空宇宙分野や医療分野に多く使用される金属です。

鋼種ならびに
加工プロセス等
引張強度
(MPa)
耐力
(MPa)
伸び
(%)
規格・データ
出典等
鍛造895以上825以上10以上JISH4657 60種(TAF6400)
鋳造895以上825以上6以上JISH5801 60種(TAC6400)
L-PBF
(当社実績値)
1210113010.4Concept Laser社 M2
EB-PBF
(当社実績値)
105199615.4Arcam社 A2X

純チタン Grade-2

純チタンGrade-2は、中程度の強度と高い延性を持つ金属です。
幅広い用途で使用され、例えば、航空機体などのエンジン部材や化学工業用機器、医療機器の一部などに使用されています。

鋼種ならびに
加工プロセス等
引張強度
(MPa)
耐力
(MPa)
伸び
(%)
規格・データ
出典等
鍛造340-510215以上23以上JISH4657 2種(TF340)
鋳造340以上215以上15以上JISH5801 2種(TC340)
L-PBF(当社実績値)66958229Concept Laser社 M2
EB-PBF57054021TRAFAM*

*技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構(TRAFAM)発行の基礎データ資料

ニッケル基合金 インコネル718

ニッケル基合金のインコネル718は、ニッケルを主体にクロムや鉄、炭素などを加えたニッケル合金です。
高温強度と耐食性に優れ、航空機やガスタービン、ロケットエンジン部品、人工衛星部品などに使用されています。

鋼種ならびに
加工プロセス等
引張強度
(MPa)
耐力
(MPa)
伸び
(%)
規格・データ
出典等
丸棒(径100mm以下)1280以上1035以上12以上JISG4901 NCF718 固溶化熱処理後時効処理(H)
板(25mm以下)1240以上1035以上12以上JISG4902 NCF718 固溶化熱処理後時効処理(H)
L-PBF1250100012装置メーカーデータシート(熱処理後)
EB-PBF124092012装置メーカーデータシート(熱処理後)

ニッケル基合金 インコネル625

ニッケル基合金のインコネル625は、ニッケルを主体にクロムやモリブデン、ニオブなどを加えたニッケル合金です。
上記のニッケル基合金 インコネル718と同様に高温強度や耐食性が高く、航空宇宙分野のエンジン部品などに使用されることが多いです。

鋼種ならびに
加工プロセス等
引張強度
(MPa)
耐力
(MPa)
伸び
(%)
規格・データ
出典等
丸棒690以上275以上30以上JISG4901 NCF625 固溶化熱処理(S)
板(0.5を超え70mm以下)690以上275以上30以上JISG4902 NCF625 固溶化熱処理(S)
L-PBF92064020装置メーカーデータシート

ステンレス鋼 SUS316L

ステンレス鋼のSUS316Lは、代表的なステンレス材であるSUS304のニッケル含有量を増やしてモリブデンを添加した鋼種です。耐食性が高く延性・靱性にも優れているため、さまざまな分野で使用され、航空宇宙分野の熱交換器や、機械部品のマニホールドやノズル、さらには宝飾品の部品などにも使用されています。

鋼種ならびに
加工プロセス等
引張強度
(MPa)
耐力
(MPa)
伸び
(%)
規格・データ
出典等
熱間圧延ステンレス鋼板480以上175以上40以上JISG4304 SUS316L
冷間圧延ステンレス鋼板480以上175以上40以上JISG4305 SUS316L
L-PBF
(当社実績値)
67957642Concept Laser社 M2

マルエージング鋼

マルエージング鋼は高い強度と優れた靱性を持ち、工具やプラスチック射出成形金型、アルミダイカスト金型、鍛造金型などに使用されています。

鋼種ならびに
加工プロセス等
引張強度
(MPa)
耐力
(MPa)
伸び
(%)
規格・データ
出典等
MAS1C1950以上1890以上5以上素材メーカーデータシート
L-PBF
(当社実績値)
193018675Concept Laser社 M2

アルミ合金 Al-10Si-Mg

アルミ合金 Al-10Si-Mgはシリコン系のアルミ合金で、強度や硬度が高いことが特徴です。用途としては、熱交換器・ヒートシンクやブレーキキャリパ、ブラケットなどが挙げられます。

鋼種ならびに
加工プロセス等
引張強度
(MPa)
耐力
(MPa)
伸び
(%)
規格・データ
出典等
金型試験片180以上90以上2.5以上JISH5202 製造(as-built)
金型試験片260以上220以上1以上JISH5202 T6熱処理
L-PBF360~390210~2206~8装置メーカーデータシート(as-built(200℃造形))
L-PBF350±10230±1511±2装置メーカーデータシート(heat treated)

コバルト基合金 CoCr

コバルト基合金 CoCrは、コバルトやクロムなどのレアメタルを使った合金です。
疲労強度が高く、高温・高圧にも耐えられるため、エンジンコンポーネントやガスタービン、人工関節インプラントなどに使用されています。

鋼種ならびに
加工プロセス等
引張強度
(MPa)
耐力
(MPa)
伸び
(%)
規格・データ
出典等
鍛造665以上450以上8以上JIST7402-1
展伸材750以上550以上16以上JIST7402-2 焼きなまし
L-PBF1050以上905以上装置メーカーデータシート
EB-PBF96056020TRAFAM*

*技術研究組合次世代3D積層造形技術総合開発機構(TRAFAM)発行の基礎データ資料

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